AGC系統(tǒng)的研究與設(shè)計要點分析

文/李明儒

編者按：自動導(dǎo)引車（AGC）作為現(xiàn)今工業(yè)自動化系統(tǒng)的一個典型的應(yīng)用，以其小巧、布置靈活、柔性度高，以及高節(jié)拍效率等優(yōu)勢，在物流領(lǐng)域及流水線裝配領(lǐng)域中，發(fā)揮了舉足輕重的作用。本文詳細(xì)描述了AGC系統(tǒng)構(gòu)成方案和設(shè)計思想，并對AGC設(shè)計時所要考慮的設(shè)計要點進(jìn)行分析，使AGC規(guī)范化、安全化，從而更可靠地集成到工業(yè)自動化車間。

隨著我國大力提倡工業(yè)自動化，以及《中國制造2025》發(fā)布以來，國內(nèi)智能裝備生產(chǎn)商猶如雨后春筍般快速發(fā)展壯大，工業(yè)自動化發(fā)生巨大變化，無人車間、數(shù)字化工廠等等，使得工業(yè)自動化設(shè)備發(fā)展及普及迅速。

自動導(dǎo)引車AGC（Automated Guided Cart）屬于“簡易型”AGV（Automated Guided Vehicle），但隨著控制芯片技術(shù)的發(fā)展，AGC的能力已基本上接近AGV。簡易型AGC已不再是性能減弱的AGV簡單版本，而是有著極具模塊化、一體化的集成化控制設(shè)備；控制系統(tǒng)及電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，使得AGC在組裝和配線上可采用流水線生產(chǎn)而極大降低產(chǎn)品成本；AGC的模塊化構(gòu)造，可以很容易地集成到對應(yīng)定制化機械本體或簡易框架上；采用電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運輸車。同時，AGC系統(tǒng)還包含上一級控制及調(diào)度管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)多車柔性任務(wù)及路徑分配和AGC之間的交通管理。

一、AGC系統(tǒng)軟件的設(shè)計思想和關(guān)鍵實現(xiàn)方法

1.AGC系統(tǒng)的物料運送方案

● 線邊設(shè)備或操作工在AGC上料點，通過數(shù)據(jù)通訊或人工按鈕確認(rèn)物料準(zhǔn)備好信息；

● 物料準(zhǔn)備好信息會傳輸?shù)紸GC控制臺，再由AGC控制臺調(diào)度AGC拉走滿料車；

● AGC把滿料車運送到卸料點，卸料點的選取原則是就近和空閑；到達(dá)后開始聲光報警提示操作；

● 卸料點可配置LED顯示屏滾動顯示任務(wù)，包括AGC編號、料架編號、緊急程度、執(zhí)行人等信息；每個LED顯示屏只顯示對應(yīng)卸料點位置，可由叉車卸貨；叉車上可配備PDA滾動顯示任務(wù)，叉車司機根據(jù)自己的位置狀態(tài)，參照PDA和LED顯示，使用無線按鈕盒，選擇自己最方便執(zhí)行和最緊急的任務(wù)；一旦某個叉車司機選擇了某個任務(wù)，則該任務(wù)在LED屏幕上就會顯示已經(jīng)由該叉車執(zhí)行，同時在LED及其它叉車的PDA上也會顯示已經(jīng)有人執(zhí)行，不能再選擇。若由線邊機構(gòu)對接，對應(yīng)AGC會上報控制臺預(yù)備下貨狀態(tài)，由控制臺協(xié)調(diào)對接動作，過程中通過互鎖信號保護(hù)及確認(rèn)完成；

● 輸送空料架的任務(wù)，會根據(jù)走行距離等預(yù)置時間，提前安排；

● 若需更換料架，地面可配置RFID讀頭讀取料架信息，進(jìn)行任務(wù)校驗，如果正確，則AGC短時報警提示后離開，否則會生成一個新的任務(wù)，更換錯誤的料架，這個任務(wù)也會在LED及PDA上顯示，AGC持續(xù)報警直至正確放置在料架。料架正確放置后，LED及PDA的顯示任務(wù)狀態(tài)才會是完成。

圖1 AGC系統(tǒng)構(gòu)成

2.AGC系統(tǒng)的任務(wù)分配模式

AGC上層系統(tǒng)的任務(wù)分配，采用細(xì)化模式：

具體工作中，可以分成從上料點至卸料點的滿料車輸送為一個任務(wù)，從卸料點至上料點上線為另一個任務(wù)，每臺AGC不是固定為某條線服務(wù)。

這種模式有諸多優(yōu)勢：

● 一旦AGC在任務(wù)執(zhí)行過程中發(fā)生故障，對整體生產(chǎn)運行影響范圍小，需要人工介入處理的工作量小。

2018年9月10日習(xí)總書記在全國教育大會上強調(diào)：“教師是人類靈魂的工程師，是人類文明的傳承者，承載著傳播知識、傳播思想、傳播真理，塑造靈魂、塑造生命、塑造新人的時代重任”。由此可見，高校輔導(dǎo)員肩負(fù)著立德樹人的神圣使命，只有謹(jǐn)記教育之初心，率先垂范，為人師表，立德、立言、立行，不斷提高自身學(xué)識修養(yǎng)，才能做好學(xué)生健康成長的人生導(dǎo)師。筆者認(rèn)為，高校輔導(dǎo)員具體可以從如下四個方面著手努力：

● 每臺AGC安排任務(wù)更加靈活機動，提高了AGC的利用率。

● AGC運行線路中設(shè)置了AGC停泊位，在產(chǎn)能不需要太多的AGC時，AGC控制臺可以自動把多余的AGC調(diào)度到停泊位等待。

3.AGC系統(tǒng)的物料切換模式

● AGC系統(tǒng)控制臺可以接受上位機的生產(chǎn)安排（如從車間MES系統(tǒng)獲取），控制臺可預(yù)置不同物料品種的節(jié)拍數(shù)據(jù)，在正常情況下，不需要人工干預(yù)即可實現(xiàn)物料的切換；

● 車間管理系統(tǒng)需要在物料切換前預(yù)設(shè)值時間，并提前把模式更換指令發(fā)送到AGC控制臺；

● AGC系統(tǒng)的管理機可以實現(xiàn)靈活調(diào)度，不需要專門進(jìn)行人工干預(yù)。

二、AGC系統(tǒng)的構(gòu)成

AGC系統(tǒng)，主要由AGC控制系統(tǒng)和調(diào)度管理系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、AGC、自動充電系統(tǒng)等構(gòu)成，如圖1。

1.AGC控制系統(tǒng)和AGC調(diào)度管理系統(tǒng)

由于采用集中控制的方式，控制臺將成為AGC系統(tǒng)運動的核心。它與主服務(wù)器進(jìn)行大容量高速數(shù)據(jù)交換，完成AGC運動信息的數(shù)據(jù)共享，控制臺與上位機生產(chǎn)調(diào)度管理（如MES）系統(tǒng)留有接口，可以接收調(diào)度命令和報告AGC的運行情況。控制臺滿足工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求，有足夠的運算速度和管理能力。控制臺在實時調(diào)度在線AGC的同時將在屏幕上顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，包括在線AGC的數(shù)量、位置(包括AGC處于的地標(biāo)位置)狀態(tài)、已完成的轉(zhuǎn)運數(shù)量等。

控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)AGC運行中的交通管理。保證運行中AGC與AGC間的最小間距，使其不發(fā)生碰撞和追尾等事故，AGC控制臺內(nèi)有避碰參數(shù)設(shè)置文件，可對不同的區(qū)域設(shè)置不同的避碰原則，有效控制各種條件下AGC的安全間距。控制臺將對進(jìn)入系統(tǒng)和退出系統(tǒng)的AGC進(jìn)行管理，以保證系統(tǒng)安全運行。

AGC調(diào)度管理系統(tǒng)采用集中調(diào)度管理方式，可以根據(jù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)下達(dá)運輸任務(wù)、AGC的工作狀態(tài)、運行情況等，通過通訊系統(tǒng)將命令和任務(wù)傳遞給被選中的AGC，被選中的AGC根據(jù)控制臺中管理系統(tǒng)的命令完成發(fā)動機的輸送。任務(wù)完成后，AGC通知控制臺任務(wù)完成情況，并回到待命位置，等待下一次任務(wù)。

AGC系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該自動完成維修工位緩存功能，即當(dāng)該功能開放時，如果出現(xiàn)工位堵塞，系統(tǒng)可以將后面AGC自動調(diào)度進(jìn)入緩存區(qū)域，并在適當(dāng)?shù)臅r候再放行該AGC以恢復(fù)系統(tǒng)正常運行，該方式可以在一定條件下減小生產(chǎn)線停線的時間，提高車間的總體生產(chǎn)能力。

2.無線通訊系統(tǒng)

AGC控制臺與AGC間采用無線通訊方式，控制臺和AGC構(gòu)成無線局域網(wǎng)。控制臺依靠無線局域網(wǎng)向AGC發(fā)出系統(tǒng)控制指令，任務(wù)調(diào)度指令，避碰調(diào)度指令等。控制臺同時可接收AGC發(fā)出的通訊信號。AGC依靠無線局域網(wǎng)向控制臺報告各類指令的執(zhí)行情況、AGC當(dāng)前的位置、AGC當(dāng)前的狀態(tài)等，AGC控制臺與AGC間如果發(fā)生通訊中斷，不會造成AGC的死機或死等的狀態(tài)；當(dāng)通訊恢復(fù)后，AGC可以自動和控制臺建立通訊聯(lián)系，無需關(guān)機重起。

三、AGC車體的設(shè)計要點分析

AGC設(shè)計要遵循模塊化設(shè)計，整體是由機械部分和電氣部分組成。機械部分一般包括AGC車架、驅(qū)動輪組件、隨動輪、料車導(dǎo)向定位裝置、電池艙、控制艙等。電氣部分一般包括電池模組、AGC控制器系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、無線電臺、傳感器和線束等組成。

1.安全控制設(shè)計

由于AGC運行區(qū)域分為無人和有人區(qū)域，為確保AGC在運行過程中自身安全，特別是在現(xiàn)場人員的安全及各類設(shè)備的安全，AGCS應(yīng)采取多級安全措施。

軟件保護(hù)：包括偏離導(dǎo)航線保護(hù)、地標(biāo)丟失保護(hù)、導(dǎo)航帶缺損保護(hù)、部件故障保護(hù)、通訊故障保護(hù)、光靶丟失保護(hù)、超差保護(hù)和失速保護(hù)等。

硬件保護(hù)：（1）在AGC車體安裝急停開關(guān)，任何時間按下這一開關(guān)AGC立即停止運行。AGC安裝醒目的信號燈和聲音報警裝置，以提醒周圍的操作人員。

（2）在AGC車體上，前進(jìn)方向設(shè)置非接觸防撞和機械接觸式保險杠（可選），防碰及保險杠的信號接入AGC安全回路。在無人區(qū)域可設(shè)置非安全型非接觸防撞，在有人區(qū)域必須設(shè)置安全型非接觸防碰和機械接觸式保險杠（可選），同時還要設(shè)計運行提示功能，如警示燈或蜂鳴器。

（3）AGC電氣設(shè)計上，除安全PLC等安全控制器外，普通控制器需要采用安全繼電器控制驅(qū)動回路，提升了控制的安全等級。當(dāng)AGC車體上急停信號被觸發(fā)后，需要設(shè)計安全復(fù)位回路進(jìn)行人工確認(rèn)復(fù)位，AGC才可以繼續(xù)運行，以增加操作的安全性。

一旦計算機系統(tǒng)發(fā)生故障，離線保護(hù)單元、防撞安全單元、應(yīng)急開關(guān)等將控制AGC停車或完成基本操作。發(fā)生故障時，AGC自動用聲光報警。同時通過無線通訊系統(tǒng)通知AGC監(jiān)控系統(tǒng)。AGC監(jiān)控系統(tǒng)在控制臺上顯示當(dāng)前狀態(tài)和文字提示。監(jiān)控人員可以根據(jù)提示的信息，指揮現(xiàn)場人員排除故障。發(fā)生故障的AGC，可以使用手控操作器操縱AGC。當(dāng)AGC發(fā)生故障導(dǎo)致供電或者動力系統(tǒng)失效時，機械設(shè)計上要有便捷方式可以輕松推動AGC下線至維修區(qū)域。

2.標(biāo)識設(shè)計

AGC應(yīng)設(shè)計相應(yīng)銘牌，內(nèi)容包括：型號、基本參數(shù)信息、安全行走速度等參數(shù)。銘牌應(yīng)放置在顯眼的位置，清晰易讀且不可擦除（例如防水）。

同時，對有潛在或意外傷害風(fēng)險的部件要設(shè)計警告標(biāo)志，應(yīng)符合GB/T 26560-2011要求。有關(guān)危險的警告標(biāo)志應(yīng)貼在移動機器人的相關(guān)危險附件上或其附近。應(yīng)在靠近電池或電池倉的位置標(biāo)識以下內(nèi)容或等效內(nèi)容，如“警告：有火災(zāi)或爆炸的危險！只能用相同型號電池更換。”

對于非安全型激光掃描儀，應(yīng)進(jìn)行明確標(biāo)識，防止激光對人眼造成傷害。

四、結(jié)論

本文所介紹的AGC系統(tǒng)，在保持傳統(tǒng)AGC低成本和靈活特點同時，還具有高度智能和自動化的控制、調(diào)度功能，使AGC可以大批量配置到智能工廠，真正實現(xiàn)了柔性管理。本系統(tǒng)已經(jīng)在實際工程中得到廣泛應(yīng)用，特別是在美國通用多個國內(nèi)整車廠的應(yīng)用，穩(wěn)定性及安全性得到了一致好評。

由于該AGC系統(tǒng)控制框架的組成及設(shè)計理念，遵循機器人設(shè)計規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)化，使得本系統(tǒng)在生產(chǎn)物流后期改造和維護(hù)工作時變得相對簡單，即使進(jìn)行功能上大的改動也不會浪費太多的人力財力，真正發(fā)揮了AGC簡單靈活的特點。