AGV控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

文/張禮南

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，科技進(jìn)步，無(wú)論工業(yè)還是居家生活，都在追求智能化、方便快捷化，另一方面勞動(dòng)力成本越來(lái)越高、國(guó)家政策補(bǔ)貼等外因和內(nèi)因，要求企業(yè)升級(jí)改造、更加科技化、智能化以及綠色化。AGV（Automated Guided Vehicle）即“自動(dòng)導(dǎo)引車”，作為典型的智能化物流設(shè)備，可以幫助企業(yè)節(jié)省生產(chǎn)過(guò)程中的勞動(dòng)力成本，減少出錯(cuò)率，提高生產(chǎn)率，是生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要途徑之一。

本文以廣州河西汽車內(nèi)飾件有限公司為典型案例，從環(huán)境布局、方案制定、系統(tǒng)構(gòu)成、硬件設(shè)備、程序編寫(xiě)等多個(gè)角度，全方位介紹了AGV控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，可為行業(yè)提供一定的借鑒。

一、項(xiàng)目需求

圖1： 生產(chǎn)車間布局圖

河西汽車內(nèi)飾公司成立于2002年10月21日，是位于花都汽車城的一家日資企業(yè)，占地面積133.85畝，主要業(yè)務(wù)是設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷售汽車內(nèi)飾件系統(tǒng)產(chǎn)品，包括車門飾板、立柱、后裝板、頂篷等產(chǎn)品。

圖2： AGV路徑規(guī)劃圖

圖3： AGV和料車實(shí)物圖

圖4： 地標(biāo)布局圖

圖5： 系統(tǒng)整體構(gòu)架圖

表1：AGV車體電氣主要元器件（單臺(tái)）

圖1是河西汽車內(nèi)飾生產(chǎn)車間布局圖，車間長(zhǎng)寬約為171m＊90m（L＊W），占地面積約15390平方米。

整個(gè)生產(chǎn)車間全靠人力作業(yè)，如此大的勞動(dòng)強(qiáng)度，即使1天3班，每班8小時(shí)，全天工作下來(lái)對(duì)工人的體力和耐力也是巨大的考驗(yàn)。如何將科技應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)而減輕工人工作強(qiáng)度？從成本和廠地來(lái)綜合考慮，AGV是最優(yōu)的選擇。

二、方案制定

采用AGV的目的就是解決送料后回收空箱的問(wèn)題。因場(chǎng)地早期規(guī)劃，空間受限，而且回收空箱的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于送料的距離，成為該項(xiàng)目的難點(diǎn)。AGV方案具體內(nèi)容如下：

（1）確定AGV行駛路徑

首先要確定有多少個(gè)回收空箱點(diǎn)，多少個(gè)空箱的放置空箱點(diǎn)，AGV路徑的規(guī)劃就是要使AGV經(jīng)過(guò)回收空箱點(diǎn)數(shù)的數(shù)量最多以及路線最優(yōu)。最后確定AGV路徑圖，如圖2所示，一共有16個(gè)回收空箱點(diǎn)，1個(gè)空箱放置點(diǎn)。

（2）確定AGV運(yùn)行方式

AGV運(yùn)行的數(shù)量：每個(gè)生產(chǎn)點(diǎn)生產(chǎn)節(jié)拍約15分鐘產(chǎn)生4～6個(gè)空箱。路徑的總長(zhǎng)S約等于445米，AGV的平均用時(shí)約23分鐘，一圈下來(lái)一臺(tái)車19分鐘，所以需要2臺(tái)AGV。

料車數(shù)量：若一臺(tái)AGV只拖一個(gè)料車，那16個(gè)空箱位最少64個(gè)空箱，大小不一的箱子用一個(gè)料車根本不夠裝，所以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際最小的轉(zhuǎn)彎半徑2.7米，選擇了采用四個(gè)相同尺寸的料車，AGV一拖四的模式，如圖3所示。

表1結(jié)果表明，在“深港通”啟動(dòng)之前的樣本期間內(nèi)，深港兩市的平均收益率均為負(fù)值，且深市的收益率處于更低水平，標(biāo)準(zhǔn)差又較大，表現(xiàn)出深市的低收益率、高風(fēng)險(xiǎn)特征。在“深港通”開(kāi)通之后，兩地收益率均值有明顯程度的上升，港市更是由負(fù)轉(zhuǎn)正，兩地股市的標(biāo)準(zhǔn)差也有較大程度的下降，說(shuō)明了深港兩地股市的運(yùn)行情況在“深港通”啟動(dòng)之后均好轉(zhuǎn)，但港市的效果更為明顯，這可能是因?yàn)橄啾扔趦?nèi)地股票市場(chǎng)，香港股票市場(chǎng)更為國(guó)際化，接受政策效果的反應(yīng)和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的能力更強(qiáng)，從而表現(xiàn)出較高的收益和較低的風(fēng)險(xiǎn)波動(dòng)。

運(yùn)行模式：AGV手動(dòng)啟動(dòng)，單向運(yùn)行，當(dāng)AGV行駛到16個(gè)空箱點(diǎn)時(shí)，若相對(duì)應(yīng)的空箱點(diǎn)呼叫樁指示燈亮起，則AGV停下并聲音提示AGV到達(dá)，人工搬運(yùn)空箱到料車上后，并人工啟動(dòng)AGV；若呼叫樁指示燈不亮，AGV繼續(xù)前行。

三、AGV控制系統(tǒng)構(gòu)成

1.地標(biāo)布局圖（如圖4）

2.無(wú)線通訊方式

使用的無(wú)線通訊方式為RF（Radio Frequency）無(wú)線射頻通訊。RF射頻缺點(diǎn)是采用RS485半雙工通訊模式，并且同一時(shí)間主站只能跟一個(gè)從站通訊，從站數(shù)越多，數(shù)據(jù)延遲越明顯，系統(tǒng)反應(yīng)將變慢；優(yōu)點(diǎn)則是成本低。

3.主系統(tǒng)的PLC選型

因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)線邊呼叫位置有16處，2臺(tái)AGV車，并且路徑簡(jiǎn)單，為單圈單向循環(huán)模式，所以不存在交通管制等，故上位機(jī)主控系統(tǒng)PLC選型為西門子小型PLC SMART200系列的ST40，若復(fù)雜的就要選擇西門子300系列、1200系列或1500系列。

表2：各程序塊功能

圖6：AGV車體上觸摸屏組態(tài)

4.系統(tǒng)整體構(gòu)架圖（如圖5）

四、硬件組成和編程

1.AGV車體硬件組成和程序編寫(xiě)

(1) AGV車體電氣主要元器件（單臺(tái)）（如表1）

(2)AGV車體PLC編程

因?yàn)镃PU是西門子SMART200系列，所以使用的編程軟件是STEP 7-MicroWIN SMART，而不是西門子2 0 0系列使用的編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9。西門子200系列在2012年已停產(chǎn)。而SMART1200系列和SMART1500系列使用的編程軟件則是博途。各程序塊功能如表2所示。

表3：線邊主要電氣材料清單

表4：線邊程序編寫(xiě)

表5：上位機(jī)系統(tǒng)控制柜硬件組成

表6：上位機(jī)系統(tǒng)PLC的編程

整個(gè)生產(chǎn)車間全靠人力作業(yè)，如此大的勞動(dòng)強(qiáng)度，即使1天3班，每班8小時(shí)，全天工作下來(lái)對(duì)工人的體力和耐力也是巨大的考驗(yàn)。如何將科技應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)而減輕工人工作強(qiáng)度？從成本和廠地來(lái)綜合考慮，AGV是最優(yōu)的選擇。

(3)AGV車體上觸摸屏組態(tài)(如圖6)

2.呼叫線邊硬件的組成和程序編寫(xiě)

(1)主要電氣元器件組成

線邊呼叫樁共有16個(gè)，每個(gè)呼叫樁上有一個(gè)帶燈的按鈕，當(dāng)按下按鈕，上位系統(tǒng)接收到呼叫信號(hào)，并反饋收到信號(hào)給呼叫樁，相對(duì)應(yīng)從站收到信號(hào)，呼叫樁按鈕指示燈亮（表示正在呼叫）。當(dāng)AGV行駛到此呼叫位置停下后，呼叫樁指示燈就會(huì)滅，表示呼叫復(fù)位。因現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，若將16個(gè)位置的四芯線全部連接到上位機(jī)，則工程周期長(zhǎng)、成本高。故將16個(gè)呼叫樁分成三塊，按照就近布置原則連接到最近的線邊從站柜，而三個(gè)從站柜與上位機(jī)系統(tǒng)柜進(jìn)行RF射頻無(wú)線通訊。表3為線邊主要電氣材料清單。

(2)線邊程序的編寫(xiě)(如表4)

3.上位機(jī)系統(tǒng)控制柜硬件組成和程序編寫(xiě)

（1）上位機(jī)系統(tǒng)控制柜硬件組成(如表5)

（2）上位機(jī)系統(tǒng)PLC的編程(如表6)

（3）組態(tài)程序的編寫(xiě)

組態(tài)軟件使用的是北京亞控組態(tài)王6.55版本，組態(tài)畫(huà)面主要包括四個(gè)方面：AGV位置的監(jiān)控、AGV狀態(tài)信息、線邊呼叫信息和報(bào)警記錄。

五、解決AGV系統(tǒng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

因?yàn)锳GV是單向運(yùn)行，前行的AGV因?yàn)樵诘却徇\(yùn)，后來(lái)的AGV肯定能追上前面的AGV，這樣后一臺(tái)AGV等待前一臺(tái)AGV裝空箱會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，降低AGV利用率。如何設(shè)計(jì)一個(gè)方案，合理分配兩臺(tái)AGV的停車點(diǎn)？

采取的方案是：將16個(gè)空箱位分成5塊，分別是工位1～工位2、工位3～工位6、工位7～工位11、工位12、工位13～工位16。若兩臺(tái)AGV都在卸料點(diǎn)等待，工位1～工位16都在呼叫，此時(shí)前一臺(tái)AGV啟動(dòng)，在工位1～工位2不停止，直接行駛到工位3停止，后一臺(tái)車則行駛到工位1停止上料；若兩臺(tái)車同時(shí)在工位3～工位6之間，則前行駛到工位12才停止，后一臺(tái)AGV則行駛到工位7～工位11停止上料；以此類推。這就解決了提高兩臺(tái)AGV利用率的問(wèn)題。

六、項(xiàng)目運(yùn)行情況

該項(xiàng)目2017年3月投入運(yùn)行，同年12月 2號(hào)AGV因障礙物傳感器導(dǎo)致AGV報(bào)警故障，更換障礙物傳感器后正常使用至今。