無(wú)人化天車(chē)系統(tǒng)配套模擬的研發(fā)

盧武陽(yáng) 安樂(lè)新

摘 要：無(wú)人化天車(chē)迅速發(fā)展，項(xiàng)目周期縮短，對(duì)無(wú)人化天車(chē)系統(tǒng)提出了更高的要求，開(kāi)發(fā)出一套模擬系統(tǒng)可大幅縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，通過(guò)分析天車(chē)系統(tǒng)的支撐數(shù)據(jù)，將模擬系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分，分析各個(gè)模塊的特點(diǎn)與交互方式，設(shè)計(jì)出相應(yīng)功能，開(kāi)發(fā)出對(duì)應(yīng)的模擬程序，最后進(jìn)行項(xiàng)目對(duì)比，查看配套模擬研發(fā)的必要性。

關(guān)鍵詞：無(wú)人化;天車(chē);MES;模擬

中圖分類(lèi)號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.02.039

本文著錄格式：盧武陽(yáng)，安樂(lè)新.無(wú)人化天車(chē)系統(tǒng)配套模擬的研發(fā)[J].軟件，2021，42（02）：126-128

Development of Simulation System for Unmanned Crane

LU Wuyang， AN Lexin

（Tangshan Iron and Steel Group Co.， Ltd.， Tangshan? Hebei? 063000）

【Abstract】：With the rapid development of the unmanned crane and the shortening of the project cycle， the unmanned crane system has higher requirements. The development of a simulation system can greatly shorten the debugging time. By analyzing the supporting data of the crane system， the simulation system is divided into modules， the characteristics and interaction modes of each module are analyzed， the corresponding functions are designed， and the corresponding simulation program is developed Finally， the paper compares the projects to see the necessity of supporting simulation research and development.

【Key words】：unmanned;crane;MES;simulation

0引言

隨著智能制造、無(wú)人化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，用人成本的不斷提升，無(wú)人化天車(chē)及智能庫(kù)管系統(tǒng)在工廠中的作用日益凸顯，已經(jīng)成為日常生產(chǎn)中不可或缺的角色。各種庫(kù)區(qū)的無(wú)人化改造如雨后春筍一般增多，對(duì)于無(wú)人化天車(chē)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也提出了更高的要求，如何保證開(kāi)發(fā)程序的適應(yīng)性和穩(wěn)定性是項(xiàng)目快速完結(jié)的關(guān)鍵性因素之一。

由于現(xiàn)在調(diào)試環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常調(diào)試中期開(kāi)始生產(chǎn)與調(diào)試并行，調(diào)試時(shí)間無(wú)法得到保證，為此要在進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)前完成程序的大部分測(cè)試工作，以縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的時(shí)間，進(jìn)而確保項(xiàng)目能在規(guī)定工期內(nèi)完成，因此對(duì)無(wú)人天車(chē)系統(tǒng)配套模擬的開(kāi)發(fā)顯得格外重要。

1 模擬系統(tǒng)的架構(gòu)

無(wú)人化天車(chē)二級(jí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐較多，而數(shù)據(jù)支撐均來(lái)自于接口，因此建立與系統(tǒng)相匹配的模擬系統(tǒng)可以從接口著手。數(shù)據(jù)來(lái)源按接口形式劃分，主要分為內(nèi)部接口和外部接口兩大部分。

內(nèi)部接口較為簡(jiǎn)單，只包括二級(jí)系統(tǒng)與天車(chē)一級(jí)PLC之間的接口，該類(lèi)接口主要為天車(chē)主體的相關(guān)信息。外部接口多種多樣，與不同系統(tǒng)間的接口一般格式不一，接口通訊方式不同，必須分開(kāi)進(jìn)行考慮，但主要包含與MES系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)、產(chǎn)線一級(jí)系統(tǒng)、產(chǎn)線二級(jí)系統(tǒng)、車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、地面系統(tǒng)及其它相關(guān)系統(tǒng)。其中MES系統(tǒng)和物流管理系統(tǒng)在不同的工廠中應(yīng)用不同，部分工廠中的物流管理統(tǒng)一劃分到MES系統(tǒng)，因此這兩個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一按MES系統(tǒng)進(jìn)行模擬，產(chǎn)線的一級(jí)、二級(jí)接口也同樣合并為產(chǎn)線系統(tǒng)進(jìn)行模擬，其它系統(tǒng)功能較為簡(jiǎn)單，合并處理。

綜上所述可將模擬系統(tǒng)分為天車(chē)本體模擬、MES系統(tǒng)模擬、產(chǎn)線系統(tǒng)模擬、其它系統(tǒng)幾大部分。如圖1：

2 天車(chē)本體

無(wú)人天車(chē)本體是無(wú)人天車(chē)系統(tǒng)的核心，天車(chē)系統(tǒng)投入后，天車(chē)本體由一個(gè)主PLC進(jìn)行控制，PLC接收天車(chē)二級(jí)系統(tǒng)下發(fā)的運(yùn)行指令，按指令進(jìn)行模式切換、倒運(yùn)物料、移動(dòng)、暫停、急停等操作，具備安全監(jiān)測(cè)和主動(dòng)報(bào)警提示功能，并將報(bào)警返回到二級(jí)系統(tǒng)的可視化界面。

除此之外，天車(chē)本體運(yùn)行有兩大關(guān)鍵技術(shù)分別為防搖擺控制和障礙物規(guī)避，其中防搖擺控制對(duì)整體的效率和運(yùn)行邏輯影響較小，主要調(diào)試重點(diǎn)在傳動(dòng)和一級(jí)參數(shù)調(diào)節(jié)，因此可忽略該部分功能模擬，但障礙物規(guī)避設(shè)計(jì)天車(chē)運(yùn)行效率和多天車(chē)協(xié)調(diào)控制邏輯，必須考慮入模擬系統(tǒng)，本體需根據(jù)接口傳輸?shù)囊苿?dòng)路線添加詳細(xì)的避讓路線模擬，以此測(cè)算庫(kù)區(qū)的天車(chē)運(yùn)行效率能否滿(mǎn)足下線、上線、發(fā)貨等作業(yè)計(jì)劃。該部分通訊數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包含天車(chē)運(yùn)行的實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)、運(yùn)行指令數(shù)據(jù)、指令運(yùn)行接口反饋數(shù)據(jù)，因此天車(chē)本體模擬可設(shè)計(jì)如下：

（1）與二級(jí)系統(tǒng)接口進(jìn)行連接，并接收工單信息、指令信息;

（2）控制天車(chē)按接收的信息準(zhǔn)確進(jìn)行動(dòng)作，更新天車(chē)數(shù)據(jù);

（3）工單信息存在避讓時(shí)，按對(duì)應(yīng)的避讓路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)更新;

（4）返回天車(chē)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在要求時(shí)機(jī)返回對(duì)應(yīng)起吊和放吊完成數(shù)據(jù)。

天車(chē)本體模擬模塊流程如圖2：

另外本體模擬程序需要良好的適應(yīng)性，能適應(yīng)不同的類(lèi)型的天車(chē)，例如夾具天車(chē)、電磁吊天車(chē)、抓斗天車(chē)等，為此在模擬中添加天車(chē)類(lèi)型選項(xiàng)，對(duì)不同類(lèi)型天車(chē)進(jìn)行對(duì)應(yīng)樣式的數(shù)據(jù)更新。除了適應(yīng)性，復(fù)制性也是要求之一，一個(gè)項(xiàng)目往往有多臺(tái)天車(chē)，批量生成多臺(tái)天車(chē)模擬程序可大大減少工作量。

3 MES系統(tǒng)

MES系統(tǒng)與無(wú)人化天車(chē)系統(tǒng)主要為物料信息的交互，MES系統(tǒng)負(fù)責(zé)將新產(chǎn)出的物料信息、物料信息變化發(fā)送到天車(chē)系統(tǒng)，供天車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行物料追蹤和邏輯參考，而天車(chē)系統(tǒng)將物料位置變化數(shù)據(jù)返回MES，MES根據(jù)物料位置的變化對(duì)物料進(jìn)行入庫(kù)和出庫(kù)管理。

由于部分工廠MES包含物流管控系統(tǒng)，物流管理系統(tǒng)需將車(chē)輛配貨單傳輸?shù)教燔?chē)系統(tǒng)，作為無(wú)人天車(chē)自動(dòng)裝卸車(chē)的數(shù)據(jù)支撐，車(chē)輛完成裝卸作業(yè)后，因此MES系統(tǒng)的模擬主要包含以下功能：

（1）產(chǎn)出新的物料和物料信息，可對(duì)物料信息進(jìn)行變化;

（2）模擬新的車(chē)輛裝配單;

（3）將上述信息通過(guò)接口傳輸?shù)教燔?chē)系統(tǒng);

（4）接收天車(chē)發(fā)送的物料位置變化信息和車(chē)輛離開(kāi)報(bào)文。

MES系統(tǒng)模擬流程如圖3：

其中物料信息必需包含物料編號(hào)、物料重量、物料尺寸、物料去向等必要信息即可，方便適應(yīng)不同的項(xiàng)目。如項(xiàng)目物料為可碼放型物料，如鋼卷、板坯、線材等，設(shè)置物料種類(lèi)、品級(jí)、交貨單等屬性，智能庫(kù)管根據(jù)這些屬性分析物料的碼放策略，實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)利用效率的最大化。

4 產(chǎn)線系統(tǒng)

產(chǎn)線是物料進(jìn)出庫(kù)區(qū)的主要途徑之一，也是與無(wú)人化天車(chē)系統(tǒng)交互的關(guān)鍵性設(shè)備，產(chǎn)線系統(tǒng)模擬要求具備設(shè)備狀態(tài)模擬、設(shè)備連鎖模擬、物料跟蹤模擬、天車(chē)系統(tǒng)指令響應(yīng)能力模擬，從而保證與天車(chē)系統(tǒng)的順暢交互。但與產(chǎn)線設(shè)備的聯(lián)動(dòng)不僅要保證過(guò)程的流暢性，更要確保各種狀況下設(shè)備的安全性，這就要求產(chǎn)線模擬時(shí)考慮到產(chǎn)線設(shè)備的各種異常情況，以測(cè)試無(wú)人化天車(chē)系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)策略是否正確。產(chǎn)線系統(tǒng)模擬的主要功能設(shè)計(jì)如下：

（1）設(shè)備移動(dòng)及對(duì)應(yīng)物料跟蹤模擬;

（2）接收天車(chē)系統(tǒng)指令并進(jìn)行對(duì)應(yīng)的設(shè)備連鎖;

（3）設(shè)備各種異常狀態(tài)模擬;

（4）將上述信息通過(guò)接口傳輸?shù)教燔?chē)系統(tǒng)。

對(duì)于卷庫(kù)、板坯庫(kù)、線材庫(kù)，該模擬能在開(kāi)發(fā)階段起到關(guān)鍵性的作用。但對(duì)于松散類(lèi)物料的無(wú)人庫(kù)區(qū)，如水渣、礦粉、廢鋼等，這些類(lèi)型物料一般直接進(jìn)入庫(kù)區(qū)，做簡(jiǎn)單的模擬物料入庫(kù)即可。

5 其它系統(tǒng)

除上訴模擬系統(tǒng)外，常見(jiàn)的外圍交互系統(tǒng)還有車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、過(guò)跨車(chē)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)根據(jù)項(xiàng)目庫(kù)區(qū)情況不同來(lái)決定是否投入，但各個(gè)系統(tǒng)在不同項(xiàng)目中的應(yīng)用方式幾乎相同。

其中車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)接收天車(chē)系統(tǒng)發(fā)送車(chē)輛信息，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行3D掃描后返回車(chē)輛及物料位置信息，天車(chē)系統(tǒng)根據(jù)位置信息進(jìn)行裝卸車(chē)作業(yè)，雖交互方式較為復(fù)雜，但接口形式明了，控制邏輯清晰，因此可將車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)模擬簡(jiǎn)單化，直接讀取天車(chē)系統(tǒng)發(fā)送的車(chē)輛信息，再根據(jù)數(shù)據(jù)做對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)返回即可。門(mén)禁系統(tǒng)負(fù)責(zé)識(shí)別進(jìn)出口車(chē)號(hào)信息，地面系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)庫(kù)區(qū)安全門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)，此類(lèi)系統(tǒng)接口簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)單一，可直接做簡(jiǎn)單模擬寫(xiě)入相關(guān)數(shù)據(jù)接口表，省略接口程序模擬。

過(guò)跨車(chē)屬于天車(chē)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備，過(guò)跨車(chē)配置獨(dú)立PLC系統(tǒng)用于接收指令，并按指令控制過(guò)跨車(chē)進(jìn)行過(guò)跨移動(dòng)，控制方式和接口方式都較為固定，模擬程序同樣按車(chē)輛識(shí)別模擬設(shè)計(jì)方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，利用直接讀取指令，然后按指令返回對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。

6 總結(jié)

按上述設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出的模擬系統(tǒng)投入運(yùn)行后，已順利配套兩個(gè)無(wú)人化天車(chē)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作，有模擬系統(tǒng)配套開(kāi)發(fā)出的程序相對(duì)于之前的程序，程序具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試改動(dòng)量明顯減少，與各個(gè)系統(tǒng)之間交互穩(wěn)定性明顯提高，對(duì)比之前同類(lèi)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目平均縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試周期半個(gè)月左右。該結(jié)果表明該配套模擬系統(tǒng)的投入為無(wú)人化天車(chē)項(xiàng)目的調(diào)試提拱了很大便利，可進(jìn)行廣泛應(yīng)用。