AGV和智能電梯交互系統的研究與應用

文/程者軍

隨著電梯智能化的發展和物聯網技術的進步，與電梯交互的對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進入電梯現場

圖1為上海某生物制藥廠電梯與AGV之間的聯動交互，AGV將藥物箱運輸到電梯口，并通過和電梯進行報文指令交互，然后進入電梯，再通過電梯將AGV運輸到指定樓層。由于電梯屬于特種設備，與電梯交互的設備需符合特種設備安全法的相關要求，其交互系統的安全性、穩定性及可靠性需符合電梯安全使用的要求。因此，設計一種安全可靠的交互機制至關重要。

AGV與電梯交互系統需首先建立AGV與電梯之間的數據通訊鏈路，由于AGV的移動性特點， AGV與AGV管理服務器之間的通訊可采用局域網無線通訊，本案例采用Wi-Fi接入，也可采用廣域網無線通訊，如NB-IOT及5G等。AGV服務器和電梯之間可以采用有線網絡實現互聯。

AGV進入電梯系統的總體結構包含AGV管理服務器、電梯、AGV、通信模塊MOXA和無線局域網AP等。

AGV管理服務器需要和多臺電梯實現通信，通過Ethernet接口接入局域網和電梯進行通信，電梯通過RS485串口和AGV服務器進行通信。在AGV服務器端和電梯數據傳輸單元端之間添加一個MOXA通訊模塊，實現Ethernet接口和RS485串口之間的相互轉換，建立兩者之間的通訊鏈路，從而實現一臺AGV管理服務器和多臺電梯之間的報文交互。

AGV管理服務器和AGV之間通過無線局域網AP實現通信。

AGV 管理服務器獲取到電梯的狀態后，通過無線AP給AGV發送相關的動作指令，AGV收到指令后，執行進入和駛出電梯的動作。

AGV和智能電梯系統總體結構，如圖2。

二、AGV和電梯信息交互設計

為了減少AGV和電梯直接交互過程產生的報文數量，本系統由AGV服務器和電梯進行信息交互，并對結果進行分析，將執行指令發送給AGV，AGV執行相應指令。

AGV系統和電梯交互流程為：AGV申請電梯登記→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請求電梯開門→電梯開門保持→AGV進入/駛出電梯→AGV停止發送開門請求→電梯關門→電梯釋放成功。AGV在申請電梯登記后，如果得到電梯反饋登記成功，才可以進行下一步動作，該交互流程中每個環節都是不可或缺且環環相扣；通訊協議數據段中，充分利用數據段中的每一位數據，并進行數據位校驗，避免傳輸和解析錯誤，通信數據量也能大大降低。

1. AGV駛入電梯信息交互設計

AGV進入電梯時，AGV系統和電梯消息交互設計，如圖3。

AGV進入電梯消息交互過程為：

①AGV到達電梯門口后，發送A轎內指令登記；

②電梯回應轎內登記指令；

③AGV轎內指令登記成功，發送查詢電梯狀態指令；

④電梯回應當前狀態；

圖2 AGV-智能電梯系統的總體結構

圖3 AGV進入電梯消息交互圖

⑤電梯所在樓層信息和AGV請求樓層一致，AGV發送開門請求指令；

⑥電梯開門到位后，發送電梯就緒信號；

⑦AGV開始駛入電梯，過程中不斷發送開門請求指令；

⑧AGV到達電梯內部后，停止發送開門請求指令；

⑨電梯關門，本次AGV進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計

AGV駛出電梯時，AGV和電梯消息交互設計，如圖4。

AGV駛出電梯消息交互過程為：

①AGV進入電梯后，發送A轎內指令登記；

②電梯回應轎內登記指令；

③AGV轎內指令登記成功，發送查詢電梯狀態指令；

④電梯回應當前狀態；

⑤電梯所在樓層信息和AGV請求樓層一致，AGV發送開門請求指令；

⑥電梯開門到位后，發送電梯就緒信號；

⑦AGV開始駛出電梯，過程中不斷發送開門請求指令；

⑧AGV到達電梯外部后，停止發送開門請求指令；

⑨電梯關門，本次AGV進入電梯消息交互完成，電梯釋放。

3.AGV和電梯心跳流程設計

AGV每隔3秒鐘給電梯發送一次心跳報文，檢測AGV和電梯之間鏈路的連通性，AGV和電梯之間心跳流程設計，如圖5。

三、AGV和電梯交互報文設計

AGV和電梯交互報文設計，如圖6。

交互報文具體內容，如表1。

DATA數據內容中包含AGV的請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計

AGV與電梯需要進行頻繁的數據交互。實際使用過程中發現，由于以太網提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付，傳輸會存在丟包、錯包、數據不均勻等情況，特別是出現數據堵塞情況，若仍一直按堵塞之前的數據發送頻率發送的話，只會進一步嚴重加劇數據異常的發生。

軟件實現上，通過在收發兩端建立數據隊列，將收到的數據統一存儲在接收隊列中，防止因斷包導致校驗失敗而丟棄，防止因堵塞造成數據同時到達時處理不當導致數據丟失等問題，實際接收處理時，通過在接收隊列中提取合法數據包進行處理；在發送時，將數據統一放置發送隊列，由發送單元周期性從發送隊列中提取合法數據包執行發送，AGV和電梯緩沖區流程圖，如圖7。另外，還可以通過調整發送單元合法數據包發送頻率，避免堵塞時緩沖區數據內容過快填

五、結論

隨著工業自動化的發展，AGV與電梯的交互應用場景將會越來越多，大到商場，小到住宅，凡是有電梯的場合就可能有AGV的應用。5G網絡與工業互聯網的融合，也逐步會使AGV應用的行業越來越多，跨度越來越大。AGV已經成為了工廠物流配送系統的有機組成部分。為了讓配送系統實現更高的自動化程度，以及實現更高的效率，必須要實現AGV自動上下電梯，而要實現AGV自動上下電梯，就必須要實現AGV跟電梯系統之間的通信。如何設計穩定可靠的交互機制至關重要，是智能制造技術重點研究的課題。

圖6 AGV-電梯交互報文格式

表1 交互報文包含內容

表2 交互報文指令內容

圖7 AGV-電梯緩沖區設計方案

本文提出基于以太局域網的安全交互系統，通過設計報文緩沖和重發互機制確保報文交互的成功率，最大程度上保證AGV與電梯交互的安全性和可靠性，具有一定的參考價值。