AGV和智能電梯交互系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

文/程者軍

隨著電梯智能化的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，與電梯交互的對(duì)象已不僅僅局限在人，還包括各式各樣的AGV，電梯除了輸送乘客之外，運(yùn)送藥物、食品、文件等也逐漸開始普及。

圖1 上海某生物制藥廠AGV進(jìn)入電梯現(xiàn)場(chǎng)

圖1為上海某生物制藥廠電梯與AGV之間的聯(lián)動(dòng)交互，AGV將藥物箱運(yùn)輸?shù)诫娞菘?，并通過(guò)和電梯進(jìn)行報(bào)文指令交互，然后進(jìn)入電梯，再通過(guò)電梯將AGV運(yùn)輸?shù)街付菍?。由于電梯屬于特種設(shè)備，與電梯交互的設(shè)備需符合特種設(shè)備安全法的相關(guān)要求，其交互系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性及可靠性需符合電梯安全使用的要求。因此，設(shè)計(jì)一種安全可靠的交互機(jī)制至關(guān)重要。

AGV與電梯交互系統(tǒng)需首先建立AGV與電梯之間的數(shù)據(jù)通訊鏈路，由于AGV的移動(dòng)性特點(diǎn)， AGV與AGV管理服務(wù)器之間的通訊可采用局域網(wǎng)無(wú)線通訊，本案例采用Wi-Fi接入，也可采用廣域網(wǎng)無(wú)線通訊，如NB-IOT及5G等。AGV服務(wù)器和電梯之間可以采用有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

AGV進(jìn)入電梯系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)包含AGV管理服務(wù)器、電梯、AGV、通信模塊MOXA和無(wú)線局域網(wǎng)AP等。

AGV管理服務(wù)器需要和多臺(tái)電梯實(shí)現(xiàn)通信，通過(guò)Ethernet接口接入局域網(wǎng)和電梯進(jìn)行通信，電梯通過(guò)RS485串口和AGV服務(wù)器進(jìn)行通信。在AGV服務(wù)器端和電梯數(shù)據(jù)傳輸單元端之間添加一個(gè)MOXA通訊模塊，實(shí)現(xiàn)Ethernet接口和RS485串口之間的相互轉(zhuǎn)換，建立兩者之間的通訊鏈路，從而實(shí)現(xiàn)一臺(tái)AGV管理服務(wù)器和多臺(tái)電梯之間的報(bào)文交互。

AGV管理服務(wù)器和AGV之間通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)AP實(shí)現(xiàn)通信。

AGV 管理服務(wù)器獲取到電梯的狀態(tài)后，通過(guò)無(wú)線AP給AGV發(fā)送相關(guān)的動(dòng)作指令，AGV收到指令后，執(zhí)行進(jìn)入和駛出電梯的動(dòng)作。

AGV和智能電梯系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，如圖2。

二、AGV和電梯信息交互設(shè)計(jì)

為了減少AGV和電梯直接交互過(guò)程產(chǎn)生的報(bào)文數(shù)量，本系統(tǒng)由AGV服務(wù)器和電梯進(jìn)行信息交互，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，將執(zhí)行指令發(fā)送給AGV，AGV執(zhí)行相應(yīng)指令。

AGV系統(tǒng)和電梯交互流程為：AGV申請(qǐng)電梯登記→電梯反饋登記成功→AGV查詢電梯所在樓層→電梯反饋所在樓層→AGV請(qǐng)求電梯開門→電梯開門保持→AGV進(jìn)入/駛出電梯→AGV停止發(fā)送開門請(qǐng)求→電梯關(guān)門→電梯釋放成功。AGV在申請(qǐng)電梯登記后，如果得到電梯反饋登記成功，才可以進(jìn)行下一步動(dòng)作，該交互流程中每個(gè)環(huán)節(jié)都是不可或缺且環(huán)環(huán)相扣；通訊協(xié)議數(shù)據(jù)段中，充分利用數(shù)據(jù)段中的每一位數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)位校驗(yàn)，避免傳輸和解析錯(cuò)誤，通信數(shù)據(jù)量也能大大降低。

1. AGV駛?cè)腚娞菪畔⒔换ピO(shè)計(jì)

AGV進(jìn)入電梯時(shí)，AGV系統(tǒng)和電梯消息交互設(shè)計(jì)，如圖3。

AGV進(jìn)入電梯消息交互過(guò)程為：

①AGV到達(dá)電梯門口后，發(fā)送A轎內(nèi)指令登記；

②電梯回應(yīng)轎內(nèi)登記指令；

③AGV轎內(nèi)指令登記成功，發(fā)送查詢電梯狀態(tài)指令；

④電梯回應(yīng)當(dāng)前狀態(tài)；

圖2 AGV-智能電梯系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

圖3 AGV進(jìn)入電梯消息交互圖

⑤電梯所在樓層信息和AGV請(qǐng)求樓層一致，AGV發(fā)送開門請(qǐng)求指令；

⑥電梯開門到位后，發(fā)送電梯就緒信號(hào)；

⑦AGV開始駛?cè)腚娞?，過(guò)程中不斷發(fā)送開門請(qǐng)求指令；

⑧AGV到達(dá)電梯內(nèi)部后，停止發(fā)送開門請(qǐng)求指令；

⑨電梯關(guān)門，本次AGV進(jìn)入電梯消息交互完成，電梯釋放。

圖4 AGV駛出電梯消息交互圖

圖5 AGV-電梯心跳流程圖

2.AGV駛出電梯消息交互設(shè)計(jì)

AGV駛出電梯時(shí)，AGV和電梯消息交互設(shè)計(jì)，如圖4。

AGV駛出電梯消息交互過(guò)程為：

①AGV進(jìn)入電梯后，發(fā)送A轎內(nèi)指令登記；

②電梯回應(yīng)轎內(nèi)登記指令；

③AGV轎內(nèi)指令登記成功，發(fā)送查詢電梯狀態(tài)指令；

④電梯回應(yīng)當(dāng)前狀態(tài)；

⑤電梯所在樓層信息和AGV請(qǐng)求樓層一致，AGV發(fā)送開門請(qǐng)求指令；

⑥電梯開門到位后，發(fā)送電梯就緒信號(hào)；

⑦AGV開始駛出電梯，過(guò)程中不斷發(fā)送開門請(qǐng)求指令；

⑧AGV到達(dá)電梯外部后，停止發(fā)送開門請(qǐng)求指令；

⑨電梯關(guān)門，本次AGV進(jìn)入電梯消息交互完成，電梯釋放。

3.AGV和電梯心跳流程設(shè)計(jì)

AGV每隔3秒鐘給電梯發(fā)送一次心跳報(bào)文，檢測(cè)AGV和電梯之間鏈路的連通性，AGV和電梯之間心跳流程設(shè)計(jì)，如圖5。

三、AGV和電梯交互報(bào)文設(shè)計(jì)

AGV和電梯交互報(bào)文設(shè)計(jì)，如圖6。

交互報(bào)文具體內(nèi)容，如表1。

DATA數(shù)據(jù)內(nèi)容中包含AGV的請(qǐng)求指令和電梯的反饋信息，本案例中定義的指令，如表2。

四、AGV和電梯交互可靠性設(shè)計(jì)

AGV與電梯需要進(jìn)行頻繁的數(shù)據(jù)交互。實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于以太網(wǎng)提供的服務(wù)是不可靠的交付，即盡最大努力的交付，傳輸會(huì)存在丟包、錯(cuò)包、數(shù)據(jù)不均勻等情況，特別是出現(xiàn)數(shù)據(jù)堵塞情況，若仍一直按堵塞之前的數(shù)據(jù)發(fā)送頻率發(fā)送的話，只會(huì)進(jìn)一步嚴(yán)重加劇數(shù)據(jù)異常的發(fā)生。

軟件實(shí)現(xiàn)上，通過(guò)在收發(fā)兩端建立數(shù)據(jù)隊(duì)列，將收到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在接收隊(duì)列中，防止因斷包導(dǎo)致校驗(yàn)失敗而丟棄，防止因堵塞造成數(shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)時(shí)處理不當(dāng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題，實(shí)際接收處理時(shí)，通過(guò)在接收隊(duì)列中提取合法數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理；在發(fā)送時(shí)，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一放置發(fā)送隊(duì)列，由發(fā)送單元周期性從發(fā)送隊(duì)列中提取合法數(shù)據(jù)包執(zhí)行發(fā)送，AGV和電梯緩沖區(qū)流程圖，如圖7。另外，還可以通過(guò)調(diào)整發(fā)送單元合法數(shù)據(jù)包發(fā)送頻率，避免堵塞時(shí)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)內(nèi)容過(guò)快填

五、結(jié)論

隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，AGV與電梯的交互應(yīng)用場(chǎng)景將會(huì)越來(lái)越多，大到商場(chǎng)，小到住宅，凡是有電梯的場(chǎng)合就可能有AGV的應(yīng)用。5G網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合，也逐步會(huì)使AGV應(yīng)用的行業(yè)越來(lái)越多，跨度越來(lái)越大。AGV已經(jīng)成為了工廠物流配送系統(tǒng)的有機(jī)組成部分。為了讓配送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的自動(dòng)化程度，以及實(shí)現(xiàn)更高的效率，必須要實(shí)現(xiàn)AGV自動(dòng)上下電梯，而要實(shí)現(xiàn)AGV自動(dòng)上下電梯，就必須要實(shí)現(xiàn)AGV跟電梯系統(tǒng)之間的通信。如何設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠的交互機(jī)制至關(guān)重要，是智能制造技術(shù)重點(diǎn)研究的課題。

圖6 AGV-電梯交互報(bào)文格式

表1 交互報(bào)文包含內(nèi)容

表2 交互報(bào)文指令內(nèi)容

圖7 AGV-電梯緩沖區(qū)設(shè)計(jì)方案

本文提出基于以太局域網(wǎng)的安全交互系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)計(jì)報(bào)文緩沖和重發(fā)互機(jī)制確保報(bào)文交互的成功率，最大程度上保證AGV與電梯交互的安全性和可靠性，具有一定的參考價(jià)值。