AGV和智能電梯交互系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

文/程者軍

隨著電梯智能化的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(xiàn)場

圖1為上海某生物制藥廠電梯與AGV之間的聯(lián)動交互，AGV將藥物箱運輸?shù)诫娞菘冢⑼ㄟ^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?shù)街付菍印Ｓ捎陔娞輰儆谔胤N設(shè)備，與電梯交互的設(shè)備需符合特種設(shè)備安全法的相關(guān)要求，其交互系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性及可靠性需符合電梯安全使用的要求。因此，設(shè)計一種安全可靠的交互機制至關(guān)重要。

AGV與電梯交互系統(tǒng)需首先建立AGV與電梯之間的數(shù)據(jù)通訊鏈路，由于AGV的移動性特點， AGV與AGV管理服務(wù)器之間的通訊可采用局域網(wǎng)無線通訊，本案例采用Wi-Fi接入，也可采用廣域網(wǎng)無線通訊，如NB-IOT及5G等。AGV服務(wù)器和電梯之間可以采用有線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)。

AGV進入電梯系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)包含AGV管理服務(wù)器、電梯、AGV、通信模塊MOXA和無線局域網(wǎng)AP等。

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

AGV管理服務(wù)器和AGV之間通過無線局域網(wǎng)AP實現(xiàn)通信。

AGV 管理服務(wù)器獲取到電梯的狀態(tài)后，通過無線AP給AGV發(fā)送相關(guān)的動作指令，AGV收到指令后，執(zhí)行進入和駛出電梯的動作。

AGV和智能電梯系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，如圖2。

二、AGV和電梯信息交互設(shè)計

為了減少AGV和電梯直接交互過程產(chǎn)生的報文數(shù)量，本系統(tǒng)由AGV服務(wù)器和電梯進行信息交互，并對結(jié)果進行分析，將執(zhí)行指令發(fā)送給AGV，AGV執(zhí)行相應(yīng)指令。

AGV系統(tǒng)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(fā)送開門請求→電梯關(guān)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(huán)節(jié)都是不可或缺且環(huán)環(huán)相扣；通訊協(xié)議數(shù)據(jù)段中，充分利用數(shù)據(jù)段中的每一位數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)位校驗，避免傳輸和解析錯誤，通信數(shù)據(jù)量也能大大降低。

1. AGV駛?cè)腚娞菪畔⒔换ピO(shè)計

AGV進入電梯時，AGV系統(tǒng)和電梯消息交互設(shè)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(fā)送A轎內(nèi)指令登記；

②電梯回應(yīng)轎內(nèi)登記指令；

③AGV轎內(nèi)指令登記成功，發(fā)送查詢電梯狀態(tài)指令；

④電梯回應(yīng)當前狀態(tài)；

圖2 AGV-智能電梯系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

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(fā)送開門請求指令；

⑥電梯開門到位后，發(fā)送電梯就緒信號；

⑦AGV開始駛?cè)腚娞荩^程中不斷發(fā)送開門請求指令；

⑧AGV到達電梯內(nèi)部后，停止發(fā)送開門請求指令；

⑨電梯關(guān)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(shè)計

AGV駛出電梯時，AGV和電梯消息交互設(shè)計，如圖4。

AGV駛出電梯消息交互過程為：

①AGV進入電梯后，發(fā)送A轎內(nèi)指令登記；

②電梯回應(yīng)轎內(nèi)登記指令；

③AGV轎內(nèi)指令登記成功，發(fā)送查詢電梯狀態(tài)指令；

④電梯回應(yīng)當前狀態(tài)；

⑤電梯所在樓層信息和AGV請求樓層一致，AGV發(fā)送開門請求指令；

⑥電梯開門到位后，發(fā)送電梯就緒信號；

⑦AGV開始駛出電梯，過程中不斷發(fā)送開門請求指令；

⑧AGV到達電梯外部后，停止發(fā)送開門請求指令；

⑨電梯關(guān)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(shè)計

AGV每隔3秒鐘給電梯發(fā)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(shè)計，如圖5。

三、AGV和電梯交互報文設(shè)計

AGV和電梯交互報文設(shè)計，如圖6。

交互報文具體內(nèi)容，如表1。

DATA數(shù)據(jù)內(nèi)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(shè)計

AGV與電梯需要進行頻繁的數(shù)據(jù)交互。實際使用過程中發(fā)現(xiàn)，由于以太網(wǎng)提供的服務(wù)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(shù)據(jù)不均勻等情況，特別是出現(xiàn)數(shù)據(jù)堵塞情況，若仍一直按堵塞之前的數(shù)據(jù)發(fā)送頻率發(fā)送的話，只會進一步嚴重加劇數(shù)據(jù)異常的發(fā)生。

軟件實現(xiàn)上，通過在收發(fā)兩端建立數(shù)據(jù)隊列，將收到的數(shù)據(jù)統(tǒng)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(shù)據(jù)同時到達時處理不當導致數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包進行處理；在發(fā)送時，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一放置發(fā)送隊列，由發(fā)送單元周期性從發(fā)送隊列中提取合法數(shù)據(jù)包執(zhí)行發(fā)送，AGV和電梯緩沖區(qū)流程圖，如圖7。另外，還可以通過調(diào)整發(fā)送單元合法數(shù)據(jù)包發(fā)送頻率，避免堵塞時緩沖區(qū)數(shù)據(jù)內(nèi)容過快填

五、結(jié)論

隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，AGV與電梯的交互應(yīng)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(yīng)用。5G網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合，也逐步會使AGV應(yīng)用的行業(yè)越來越多，跨度越來越大。AGV已經(jīng)成為了工廠物流配送系統(tǒng)的有機組成部分。為了讓配送系統(tǒng)實現(xiàn)更高的自動化程度，以及實現(xiàn)更高的效率，必須要實現(xiàn)AGV自動上下電梯，而要實現(xiàn)AGV自動上下電梯，就必須要實現(xiàn)AGV跟電梯系統(tǒng)之間的通信。如何設(shè)計穩(wěn)定可靠的交互機制至關(guān)重要，是智能制造技術(shù)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(nèi)容

表2 交互報文指令內(nèi)容

圖7 AGV-電梯緩沖區(qū)設(shè)計方案

本文提出基于以太局域網(wǎng)的安全交互系統(tǒng)，通過設(shè)計報文緩沖和重發(fā)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。