典型車間制造環境下AGV控制的概念設計

周玲

摘要：高度自動化的典型車間制造系統通常包括倉庫、AGV、CNC、裝配線和激光打標設備。其中AGV對整體運行質量和運行效率起著舉足輕重的作用。本文研究了典型制造系統背景下AGV的控制策略。首先定義了AGV的兩種運行路徑，分析了系統中任意兩點之間AGV的運動流程，然后提出了最小運行模式下的AGV通信框架，最后基于PLC設計了幾種主要場景下的控制方案。本結果有助于與任何制造系統底層運行層相關的AGV控制決策的優化。

關鍵詞：典型車間制造系統;AGV;控制方法

一個典型車間加工系統包括：立體倉庫，AGV，CNC1加工單元，裝配單元和激光加工。實際上制造業的底層執行層通常是在這樣典型加工系統的基礎上擴充形成。系統主要部件的作用如下：立體倉庫功能是半成品，成品和空料箱的集中存貯裝置;它主要包括進出庫傳送帶、堆垛機、貨叉機構、升降機構、貨架及托盤;其中堆垛機可實現水平方向、豎直方向和前后方向的運動。AGV是自動化搬運機構，它可以在加工系統中任意兩個單元間移動和運輸貨物。裝配單元的作用就是把不同零件或半成品裝配到一起。CNC1加工單元是對半成品零件進行加工的裝置。激光加工單元是對裝配后的工件進行打標處理。

AGV是連接各單元或工作站間的“紐帶”，各個核心工位間的無人銜接都要通過AGV完成。AGV是上述典型加工系統的可動部件，它對于系統整體運行質量和運行效率至關重要。本文主要研究該典型車間加工系統中AGV的控制策略。

文中涉及的典型加工系統的控制單元的結構如下圖1。整個控制系統包括上位機、現場總線、倉庫控制單元、AGV控制單元、裝配控制單元和激光打標控制單元等。上位機是整個控制系統的大腦，它負責整個系統的控制調度，且它的調度優先級最高。現場總線是一種工業數據總線，是自動化領域中負責底層現場設備和數據的通信網絡，具有簡單、可靠、經濟實用等優點。在本系統中現場總線采用PROFINET自動化總線標準。倉庫控制單元主要控制堆垛機去完成貨物在立體空間的位移即進出貨/存取貨，還要對貨物位置以及整體倉位進行實時監測。AGV控制單元主要是實現AGV在系統兩個工站間的搬運任務。本研究主要針對實時工業控制領域，故控制器采用PLC。

在加工系統中，AGV運動軌跡有兩種可能，即最大化和最小化模式。最大化下的AGV小車運行軌跡：AGV小車先從立體倉庫的出庫傳送帶處出發，將待加工的工件運送到CNC1加工單元;加工完成后，再送到裝配單元進行組裝;組裝完畢后，再運輸到激光單元進行激光刻字;最終，AGV小車再將加工完成的茶葉罐運回立體倉庫或者直接下線。最小化下的AGV小車運行軌跡：AGV小車先從立體倉庫的出庫傳送帶處出發，將待加工的工件運送到裝配單元進行組裝;組裝完畢后，AGV小車再將加工完成的物品運回立體倉庫或者直接下線。

系統中任意兩單元間AGV移動過程是：首先系統激發AGV起點動作;AGV收到相關控制信號后開始移動稍后達到起點位置;緊接著料箱/托盤被放置到AGV上。第二階段：系統激發AGV終點動作;AGV開始移動稍后達到終點;料箱/托盤傳至工作站;AGV停止本周期運行。

最小運行軌跡模式下，AGV通訊程序框架包括6個程序段。其中最主要的三個階段是：首先生成隨機數;然后AGV和下游單元的控制器進行身份驗證并建立鏈接;以及AGV和系統其他控制器通過心跳信號保持通訊同步和狀態監控。

幾個AGV典型控制程序的概念設計如下所述。第一：發送認證報文程序;在此部分，AGV啟動并向倉儲單元發送字符串（身份驗證），在得到倉儲單元控制器返回的字符串后，建立連接。第二：心跳信號Heartbeatsignal;在系統運行時，AGV小車和（運行周期中下一個單元的）中央控制器之間一直保持著心跳信號，顧名思義，心跳信號就是像心跳一般一直不斷變化的信號，一般用于通訊狀況檢測。它的作用是告訴中央控制器系統是否正常運行，當心跳信號中斷時，中央控制器能立刻察覺到系統發生通訊中斷，并采取相應的應對措施。第三：進料許可Feedingpermit;當工件加工完成后，成品需要回庫，這時AGV小車將成品運送至入庫傳送帶處，會給倉儲單元控制器發送進料信號，通過后方可進料。第四：進料結束;成品成功入庫后，出于安全考慮，延遲5秒后向倉儲單元控制器發送進料完成信號，AGV小車離開倉儲單元。

本文研究了典型車間制造系統下的AGV控制策略。首先分析了兩種運動路徑，設計了系統中任意兩點間運動的流程圖，然后提出了最小模式下的通信框架以及針對主要場景的控制過程。這些結果可幫助典型底層制造系統中AGV控制策略的改進和優化。未來的工作包括設計最大模式下的通信模塊，開發最大模式下的控制程序等。

參考文獻：

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