空調(diào)熱交換器智能倉儲系統(tǒng)規(guī)劃及應(yīng)用

白建文

[摘 ? ?要]空調(diào)換熱器智能倉儲系統(tǒng)是基于現(xiàn)代化精益管理思想，應(yīng)用上位機(jī)管理、AGV智能調(diào)度和管理、智能傳感器的應(yīng)用以及PLC集成等先進(jìn)技術(shù)而開發(fā)的智能倉儲系統(tǒng)。通過分析換熱器產(chǎn)品特性，并建立物料的價值流模型和數(shù)字化模擬系統(tǒng)，模擬現(xiàn)場的物料運(yùn)行邏輯，合理規(guī)劃自動導(dǎo)引運(yùn)輸車AGV（Automatic Guided Vehicle）的配送路徑和優(yōu)先順序，以實現(xiàn)物料的自動下線、配送入庫和倉儲流程。通過上位機(jī)與AGV系統(tǒng)、下線設(shè)備PLC互聯(lián)，自動調(diào)度AGV小車，實現(xiàn)設(shè)備間的及時交互。同時自動統(tǒng)計庫位實時利用率、周轉(zhuǎn)率等信息，并目視化展示，便于現(xiàn)場的管理。系統(tǒng)的應(yīng)用取代人工搬運(yùn)輸送和物料數(shù)據(jù)的手工記錄等工作，降低了員工勞動強(qiáng)度和企業(yè)運(yùn)營成本，提高了企業(yè)的物流倉儲自動化和信息化水平。

[關(guān)鍵詞]智能倉儲;智能管理;AGV;自動化和信息化

[中圖分類號]TB657.5 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–00–03

[Abstract]The intelligent storage system for air-conditioning heat exchangers is an intelligent storage system developed based on modern lean management ideas， using advanced technologies such as host computer management， AGV intelligent scheduling and management， intelligent sensor applications， and PLC integration. By analyzing the characteristics of the heat exchanger product， establishing the value flow model of the material and the digital simulation system， simulating the material operation logic on the spot， rationally planning the distribution path and priority order of the automatic guided vehicle AGV （Automatic Guided Vehicle） to realize the material The process of automatic off-line， distribution and warehousing and warehousing. Through the interconnection of the host computer with the AGV system and the PLC of the offline equipment， the AGV trolley is automatically dispatched to realize the timely interaction between the equipment. At the same time， the real-time utilization rate and turnover rate of the warehouse are automatically counted and displayed visually， which is convenient for on-site management. The application of the system replaces manual handling and manual recording of material data， reduces employee labor intensity and enterprise operating costs， and improves the enterprise's logistics and warehousing automation and information level.

[Keywords]intelligent warehousing; intelligent management; AGV; automation and informatization

在傳統(tǒng)制造企業(yè)中，在制品的倉儲、入庫和出庫記錄、庫存信息登記等工作均需要員工手工完成。這種方式使得制造企業(yè)需要面對大量的數(shù)據(jù)錯誤、冗余、滯后，造成生產(chǎn)力降低和決策混亂。針對上述問題，企業(yè)試圖通過員工培訓(xùn)，物料信息手工錄入電腦、現(xiàn)場定制等方面進(jìn)行改善，但是效果仍然不太明顯。為了減少由于人工過度干預(yù)造成的浪費(fèi)，通過充分的調(diào)研和對先進(jìn)智能管理系統(tǒng)的掌控，企業(yè)規(guī)劃設(shè)計了該套智能管理系統(tǒng)，以達(dá)到更好的生產(chǎn)管理，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)競爭力。

1 空調(diào)熱交換器智能倉儲系統(tǒng)總體設(shè)計方案

該系統(tǒng)由倉儲管理軟件系統(tǒng)集中控制，主要包括庫位狀態(tài)、通訊狀態(tài)顯示、物料檢索、工位狀態(tài)顯示、超時提醒、物料記錄、物料管理、物料調(diào)度和人工過賬或者清空操作等功能。該系統(tǒng)是一個基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)管理集成平臺;向下，完成與硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)通信;向上，為應(yīng)用層或其他應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的操作、查詢接口。上位機(jī)系統(tǒng)自動調(diào)度AGV小車，根據(jù)先進(jìn)先出原則實現(xiàn)物料的自動出庫上線管理;自動統(tǒng)計庫位利用率、周轉(zhuǎn)率等信息，自動顯示庫位實時狀態(tài)，便于現(xiàn)場管理;自動顯示AGV的實時路徑、AGV調(diào)度記錄等信息;自動統(tǒng)計AGV的利用率等。通過上位機(jī)與設(shè)備PLC、安檢儀連接，使得設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)互通。AGV磁導(dǎo)航部件在施工時預(yù)埋在地面下，確保運(yùn)行的穩(wěn)定性和地面的整潔美觀，如圖1所示。

1.1 庫存狀態(tài)

為實時監(jiān)控各庫位的實時狀態(tài)，同時防止系統(tǒng)出現(xiàn)異常，AGV完成任務(wù)后會通過無線AP發(fā)送完工信號給上位機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)上自動記錄對應(yīng)庫位的完工狀態(tài)，同時庫位上的感應(yīng)器感應(yīng)到物料，界面高亮顯示有貨。即通過AGV返工任務(wù)和感應(yīng)器的感知確定庫位的物料狀態(tài)，以達(dá)到防錯的目的。

1.2 通訊與狀態(tài)顯示

系統(tǒng)通過組態(tài)為PLC、AGV等硬件系統(tǒng)各分配一個IP地址，以便于各單元之間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)傳輸。主要傳輸數(shù)據(jù)包括申請調(diào)度AGV、待輸送產(chǎn)品型號、數(shù)量等，同時上位機(jī)會根據(jù)AGV的實際情況反饋信號給PLC系統(tǒng)（包括小車可執(zhí)行、忙碌、故障等信息）。為確保實時通訊，以上信號每秒刷新10次。系統(tǒng)實時監(jiān)控AGV調(diào)度系統(tǒng)是否已開啟，以及系統(tǒng)與PLC之間的通訊狀態(tài)，以便網(wǎng)絡(luò)通訊發(fā)現(xiàn)異常時的及時發(fā)覺和處理。其中上位機(jī)通過OPC平臺與PLC組態(tài)通訊，實現(xiàn)不同廠家、不同系統(tǒng)的兼容和控制。上位機(jī)系統(tǒng)與車間展示屏幕互聯(lián)，并設(shè)計圖形化界面，及時展示系統(tǒng)庫存狀態(tài)、AGV有效利用率等信息。

1.3 物料檢索

系統(tǒng)設(shè)計物料檢索功能，可通過輸入SAP號快速確定對應(yīng)物料的數(shù)量、入庫時間、存儲位置等信息，方便員工操作和物料盤點。同時也可以將物料數(shù)據(jù)下載至本地進(jìn)行分析、統(tǒng)計和控制。

1.4 工位狀態(tài)顯示

用于實時顯示對應(yīng)崗位的信號需求，包括下線完成信號和裝配需求信號。同時采取不同顏色標(biāo)識AGV的運(yùn)行狀態(tài)，包括是否呼叫、呼叫未執(zhí)行和執(zhí)行中等信號。如已發(fā)出呼叫信號，但是倉位已滿，則提示為庫位已滿。

1.5 超時提醒

按照先進(jìn)先出規(guī)則對物料進(jìn)行管理，默認(rèn)物料存放時間為24 h，如果倉儲物料超過24 h，則顯示窗口自動變?yōu)榧t色，提示管理者對超時物料進(jìn)行及時處理。存放時間可按照實際需求進(jìn)行自行設(shè)置。

1.6 物料記錄

通過該模塊可查看系統(tǒng)所有的操作和調(diào)度記錄，主要包括輸送物料的SAP號、操作時間、數(shù)量等基礎(chǔ)信息，并可自行導(dǎo)出可編輯文檔進(jìn)行統(tǒng)計和分析。

1.7 物料管理

為滿足系統(tǒng)的靈活性需求，軟件設(shè)置針對具體庫位的人工管理功能。通過該功能的設(shè)置，用戶可以針對具體的庫位進(jìn)行增加、更改、刪除等功能。為了確保庫位的準(zhǔn)確性，該功能權(quán)限只針對管理者開放。

1.8 物料調(diào)度

系統(tǒng)設(shè)置AGV執(zhí)行任務(wù)的詳細(xì)信息查詢和修改功能。當(dāng)AGV發(fā)生異常任務(wù)或者AGV設(shè)備異常需要人工干預(yù)處理時，可通過人工操作，取消或者強(qiáng)制完成對應(yīng)的執(zhí)行任務(wù)，防止異常發(fā)生。

1.9 人工過賬或者清空操作

正常情況下均由AGV正常完成物料的入庫和出庫任務(wù)，但是如果需要人工進(jìn)行入庫和出庫的動作，則需要手工過賬，以確保庫位信息的準(zhǔn)確性。同時人工過賬時需檢查AGV正在執(zhí)行任務(wù)的庫位狀態(tài)，防止發(fā)生意外情況。

2 AGV系統(tǒng)的運(yùn)行邏輯及控制原理

AGV作為該系統(tǒng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其穩(wěn)定性和可靠性對于項目的成功起到了非常重要的作用。根據(jù)項目特點，系統(tǒng)設(shè)計潛伏式頂升AGV，AGV停止精度約為±5 mm，在下料點通過頂升機(jī)構(gòu)托起物料，在倉儲區(qū)域下降后將物料放置在貨架上。與滾筒式AGV對比，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是貨架只需設(shè)計兩邊支撐結(jié)構(gòu)，并增加防錯感應(yīng)光電，無需設(shè)計動力驅(qū)動裝置，可節(jié)約成本，同時增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。頂升機(jī)構(gòu)額定載荷設(shè)計為500 kg，滿足物料的承重需求。AGV運(yùn)行系統(tǒng)主要由AGV本體（主要包括控制系統(tǒng)、機(jī)架、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、觸摸屏、控制按鈕、三色燈、機(jī)械防撞、紅外避障傳感器及升降機(jī)構(gòu)等）、在線充電系統(tǒng)、磁導(dǎo)航系統(tǒng)、RFID地標(biāo)卡、RFID讀寫器、無線AP及軟件調(diào)度系統(tǒng)。

2.1 路徑規(guī)劃

按照現(xiàn)場實際情況，對AGV的運(yùn)行進(jìn)行規(guī)劃。共設(shè)計3個下料點和2個上料點，以及40個倉儲區(qū)域，可以滿足一個班物料的WIP存儲。其中下料點和上料點的節(jié)拍約為10 min/次，AGV的運(yùn)行速度約為20 m/min，根據(jù)理論計算和模擬測試，2臺AGV即可滿足使用需求。為了防止AGV運(yùn)行之間的干涉，規(guī)劃AGV按照一個方向循環(huán)運(yùn)行，以提高設(shè)備使用率。AGV正前方設(shè)置紅外避障傳感器和機(jī)械防撞系統(tǒng)，遇到障礙物時會自動停止，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AGV空閑或者電量少于20%時，系統(tǒng)自動控制AGV在線充電，以確保電量充足，滿足使用需求。

2.2 交通管制

該區(qū)域為兩臺AGV運(yùn)行，為提高安全性和運(yùn)行效率，需要在一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行交通管制。進(jìn)入交通管制區(qū)域的AGV可以主動申請交通管制，管制的原則是：先進(jìn)入管制區(qū)域的設(shè)備進(jìn)行管制，如果同時進(jìn)入，優(yōu)先級高的軌道上的AGV先走。因為無線遙控模塊的發(fā)射功率比較大，如果“交通管制”的區(qū)域比較多，協(xié)議里面增加“交通管制區(qū)域的序號”項，就可以避免位于不同“交通管制”區(qū)域的AGV的“交通管制”信號互相影響。所處的軌道的優(yōu)先級：就是指AGV通過交通管制區(qū)域時所位于的軌道，有優(yōu)先級的，優(yōu)先級為“1”的最高，而數(shù)值越高，優(yōu)先級越低。當(dāng)幾輛AGV同時進(jìn)入同一個交通管制區(qū)域的時候，就是按照這個原則，讓AGV先后通過這個區(qū)域。

命令碼：取值0xFF，或者0x00，分別標(biāo)示觸發(fā)或者是釋放。進(jìn)入交管區(qū)域時，要放上觸發(fā)卡（或者地標(biāo)），相應(yīng)的，在交通管制區(qū)域的邊界，要放上一張“清除卡”（或者地標(biāo)）。而在這段時間之內(nèi)，成為主管制者的AGV是每隔大約1 s就會發(fā)出“交通管制”信息。當(dāng)讀到交通管制的釋放卡，或者帶“釋放”指令的地標(biāo)，就會發(fā)出“離開信息”，并且停止發(fā)送交管信息。而其他響應(yīng)“交通管制信號”的AGV（即受管制的AGV），如果收到其他主管制的AGV發(fā)來的“已離開信息”，或者5 s之內(nèi)沒有收到管制信息，即認(rèn)為剛才發(fā)出管制信息的AGV已經(jīng)離開了，就馬上進(jìn)入掃描周期（AGV的狀態(tài)會顯示“TRAF_C”），掃描周期的時間為：所處的軌道的優(yōu)先級*1 s+0.5 s，如果在掃描周期之內(nèi)，沒有收到其他有效的“交通管制”信息，就會重新啟動，并且發(fā)出管制信息;反之，如果在掃描周期之內(nèi)，收到了其他有效的“交通管制信息”，就會繼續(xù)響應(yīng)（即重新進(jìn)入受管制），直到“管制信息”消失（收到“已離開信息”，或者5 s沒有收到，才算“管制信息”消失）。

2.3 AGV系統(tǒng)設(shè)置說明

（1）根據(jù)需求，控制器在每個地標(biāo)卡均可設(shè)置若干條單獨指令（主要包括啟動、停止、高精度停止、速度設(shè)定、傳感器屏蔽、頂升和岔路選擇等），單個地標(biāo)卡（RFID卡）可支持6條指令，同時通過指令的組合可以實現(xiàn)更多復(fù)雜的功能指令。適當(dāng)?shù)脑O(shè)置和控制可以進(jìn)行多級岔路和復(fù)雜的站點進(jìn)行選擇，必須先畫好電子地圖和確定地標(biāo)編碼后，再根據(jù)站點來確定地標(biāo)指令。

（2）岔路起始地址必須小于岔路結(jié)束地址，站點的順序可以打亂，可以刪除，被刪除的站點將不能尋址。由于AGV巡航器的限制，轉(zhuǎn)彎的距離為約1 m的范圍，所以轉(zhuǎn)彎地標(biāo)應(yīng)該布置在岔路口附近，以防止AGV運(yùn)行脫軌，確保運(yùn)行的可靠性。

3 結(jié)束語

通過空調(diào)換熱器智能倉儲系統(tǒng)規(guī)劃和應(yīng)用，通過上位機(jī)、無線AP、AGV系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)等的集成應(yīng)用，消除了各單元間的信息孤島，實現(xiàn)了各獨立系統(tǒng)的互聯(lián)互通。該系統(tǒng)單元的集成為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一個典型案例，為后續(xù)的系統(tǒng)升級改造提供了良好的范例。

參考文獻(xiàn)

[1] 陶建，趙清.RFID技術(shù)在離散型產(chǎn)品裝配線上的應(yīng)用及建議[C].第十一屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會暨中國汽車產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)發(fā)展與合作論壇論文集（信息科學(xué)與工程技術(shù)分冊）.2014.

[2] 楊東援，劉興景，戴禾，等.物流信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析[J].物流技術(shù)，2001（2）：25-27.

[3] 何曙.我國家用空調(diào)器能效標(biāo)準(zhǔn)及節(jié)能技術(shù)發(fā)展綜述[J].家電科技，2012（5）：62-63.

[4] 許磊，陳超，管勇，等.自然冷卻換熱技術(shù)在電信行業(yè)通信機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].制冷與空調(diào)，2010（5）：91-95.

[5] 劉起，陳煥新，陶紅歌，等.房間空調(diào)換熱器阻力對室內(nèi)機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)的影響[J].暖通空調(diào)，2011（11）：82-85.