綜合倉庫智能設備應用

曾 強 黃 娟

前言

電磁或光學自動導引裝置的運輸設備(簡稱AGV)是移動機器人的一種，是現代制造企業物流系統中的重要設備，主要用來儲運各類物料，為系統柔性化、集成化、高效運行提供了重要保證。在以往的生產線上，導向式AGV是人們經常采用的方式，需要預先規劃AGV的運行路線，而且生產車間的裝置不能隨意移動,明顯降低了AGV的柔性。因此，非導向式AGV已成為敏捷制造物流系統中的主要選擇。在非導向式AGV系統中，運行路徑可以根據車間的布局變化，只改變規劃系統的軟件參數即可滿足路徑規劃要求。

目前，在我國某些汽車、煙草行業，AGV已投入使用，并取得了良好的經濟效益。但從使用形式來看，大都采用屬于固定路徑導向范疇的電磁導引AGV，而珠江啤酒公司引進了一批采用激光導引的非固定導向模式的AGV，不僅對敏捷物流設備的研制和應用有現實的工程意義，而且對移動機器人路徑規劃有重要的理論意義。

3. 安全性能高，不易與加工設備和其他障礙物碰撞，不會造成其他設備的損壞。

4. 通過安裝在墻面上或者貨架立柱上的反光裝置進行導引，不占用土地空間。

5. 系統可靠性極高。AGV采用最先進的調度系統，車輛管理極為方便，當一臺小車需要維修時，其它小車的生產率不受影響并保持高度的系統可利用性。

6. 節約能源與保護環境。充電和驅動系統耗能少，能量利用率高，噪音極低對制造和倉儲環境沒有不良影響。

1. 激光導引式小車的特點

廣州南沙珠江啤酒綜合倉庫AGV 搭載了激光為導引的自動化裝備，能夠沿規劃的導引路徑行駛，通過物流系統軟件而集成于整個工廠的生產監控與管理系統中。其特點如下：

1. AGV可與其它物流系統實現無縫連接，如AS/RS(自動存取系統)、各種緩沖站、自動輸送鏈、自動升降門等；實現在工作站之間對物料進行跟蹤；對輸送進行確認；與生產線和倉儲管理系統WMS進行在線連接以向工廠管理系統提供實時信息。

2. 人工檢取與堆置物料的勞動力減少，操作人員無需為跟蹤物料而進行大量的報表操作，可顯著提高勞動生產率。

2. AGV系統設計與部署

2.1 系統工作原理:

系統作業時，計算機通過無線電通訊自動將任務分配給AGV。AGV根據作業指令按預先制定的路徑自動駛向作業點進行作業，在行駛過程中AGV利用激光頭對周圍反射板的掃描和計算來導航并修正自身的偏差，從而保證行走和定位的精度。AGV與上位計算機通過無線局域網進行聯系，隨時將自身的狀態和任務的完成情況上報并顯示在圖形監控系統上。

AGV控制系統會自動對運行路線進行管理，當發生交通堵塞時，系統也能夠自行處理。當AGV電池的電量不足時會自動請求充電，由控制系統發出充電指令，AGV小車自動行駛至充電站進行充電。充電的開始和結束信號由信號采集系統采集后上報倉儲調度WCS系統進行控制。

2.2 AGV系統構成

AGV由車載控制系統、車體系統、導航系統、行走系統、移載系統和安全與輔助系統組成。

1. 車載控制系統是AGV的核心部分，由計算機控制系統、導航系統、通訊系統及電機驅動器構成。計算機控制系統采用了工控機控制管理，通過導航系統正確定位AGV位置，并能沿正確的路徑行走。通訊系統是AGV和控制臺之間交換信息和命令的橋梁，控制臺和AGV之間采用了無線電通訊，而在AGV和移載設備之間為了定位精確采用光通訊。

2. 車體系統包括底盤、車架、殼體和控制器、蓄電池安裝架等，是AGV的軀體。

3. 導航系統的功能是保證AGV小車沿正確路徑行走，并保證一定行走精度。AGV的制導方式按有無導引路線分為三種:一是有固定路線的方式:二是半固定路線的方式，包括標記跟蹤方式和磁力制導方式;三是無路線方式，包括地面幫助制導方式、用地圖上的路線指令制導方式和在地圖上搜索最短路徑制導方式，而珠江綜合倉庫AGV采用了半固定路線的激光導航模式。

4. 行走系統是使用林德進口車型改裝，行走部分由驅動輪、從動輪和轉向機構組成，采用前輪轉向和驅動，靈活便捷。

5. 移載系統是用來完成作業任務的執行機構，珠江啤酒綜合倉庫AGV直接采用了叉架式移栽系統，舉升高度可達4.5米，精確要求較高。

6. 安全系統具有完善的多級安全報警機制，包括控制臺系統監控、非接觸激光防碰傳感器、接觸式防碰保險杠、急停按鈕等，可以在各種情況下保證AGV系統以及AGV周邊操作人員及設備的安全。

珠江啤酒綜合倉庫AGV采用SICK安全模塊,將感應范圍控制在半徑1米范圍內，包含減速區和停車區,(見圖1)。減速區距離較遠（黃色區域），停車區距離較近（紅色區域）。

圖1

二級安全防護擋板主要用于低速運行時的防碰保護，保險杠檢測到障礙物，受到一定的壓力后將報警并控制AGV停止。車上裝有信號燈和聲音報警裝置，當小車發生故障時，AGV會自動啟動聲光報警。同時通過無線通訊系統通知AGV監控系統，并將故障問題傳輸至監控室中,指引人員進行處理。

7. 充電系統，車載顯示器可以查看電量大小，當電池容量下降到低限時，系統向該臺AGV發出強制充電命令（此命令有絕對的優先權）。當AGV到達充電站后，系統通過I/O接口控制地面充電設備，對其充電。充滿后，充電需求信號消失，AGV小車可繼續接受其他任務。

2.3 AGV系統現場部署

1. 現場通訊系統部署。AGV通訊采用無線局域網通訊,網絡架構見圖2。使用頻率段為2.4GHz, 速率11Mbps，采用通訊協議為802.11b。在AGV行駛區域安裝無線接入點AP，根據區域大小可安裝多個AP，AP之間無縫連接。使用7S系統，采用NDC專用通訊模塊RCU，使用頻率為2.4GHZ,共16個通道，速率19200bps，多個RCU之間設置不同頻率。

圖2

2. 現場行駛路徑規劃。在行走路徑的特定位置處，安裝一批激光/紅外光束的反射板。在行駛過程中，車上的激光掃描頭不斷地掃描周圍環境,只要掃描到三個或三個以上的反射板，即可根據它們的坐標值以及各塊反光板相對于車體縱向軸的方位角，計算出AGV當前在全局坐標系中的X, Y坐標和當前行駛方向與該坐標系X軸的夾角，實現準確定位和定向。如圖3。

圖3

3. AGV小車系統功能

圖4 現場監控模塊

1. 圖形監控功能。圖4為AGV可以顯示系統中各臺AGV運輸小車的工作位置及運行狀態，并報告AGV系統出現的各種故障。狀態包括正常狀態、充電需求、手動狀態、急停狀態、路徑堵塞、小車丟失、小車停止等并可隨時查看和設置數據采集系統的輸入和輸出信號的狀態。

2. 查詢任務功能。可以查看AGV運輸小車具體的裝、卸貨地點。任務列表會根據收到的狀態信息不斷更新，管理員可根據需要刪除某一項任務命令或改變任務命令的某些參數；

3. 查看狀態功能。查看系統中AGV運輸小車的車載控制器的某些狀態，跟蹤指定的AGV運輸小車，取消不在系統中的AGV運輸小車，釋放多臺AGV運輸小車之間的堵塞。

4. 事件管理功能。可實時報告警告事件，包括AGV運輸小車等待充電時間過長，車輛阻塞時間過長，AGV小車丟失，裝、卸貨站臺號無效或錯誤等。

5. 報警提示功能。當故障發生時，可以顯示發生時間、發生地點，故障代碼等，還可提供設備的故障維修幫助信息。

6. 路徑變更功能。可以根據用戶需要，可快速變更AGV運行的路徑及取、卸貨站臺位置點的信息。

7. 數據維護功能：

· 可以修正接口數據錯誤的可視化操作的維護界面，當發現數據錯誤的時候，可以暫停AGV系統，維護員登陸AGV系統通過維護界面對接口異常的錯誤數據進行數據修正，修正后啟動AGV系統能繼續正常運行；

· 可以提供系統各模塊內部的系統錯誤的維護界面，維護員可以通過相應的可視化維護界面解決異常錯誤問題；

· 可以提供AGV系統各模塊的運行及設備情況的監控界面，作業數據查詢界面，實現系統各設備的運行狀態可以直觀地、實時動態地在控制系統上顯示；

· 系統提供自動備份與恢復功能，包括數據與程序，當遇到異常無法正常運行或無法啟動時，要實現可以馬上恢復到最新的能正常運行的狀態。

4. 結論

綜合倉庫是一個集自動化設備一體的綜合物資儲存倉庫，自動化運輸設備(AGV)更是倉庫運轉的中心樞紐，AGV可以通過系統信息的分配,快速提取起始地和目標地信息,準確無誤的將所需貨物運送至指定地方,減少了人工尋找貨物所不必要的損耗時間，提高了倉庫運行的整體效率。

珠江啤酒智能AGV的應用，實現了倉庫內部無人工叉車運作，降低了人工成本，減輕了工人的作業強度，AGV車載上裝有各種安全性能裝置，為工人、物料、作業環境提供了安全，最終與生產線和庫存管理系統進行在線連接，實現綜合倉庫倉儲信息的智能化管理。