空調熱交換器智能倉儲系統(tǒng)規(guī)劃及應用

白建文

[摘 ? ?要]空調換熱器智能倉儲系統(tǒng)是基于現代化精益管理思想，應用上位機管理、AGV智能調度和管理、智能傳感器的應用以及PLC集成等先進技術而開發(fā)的智能倉儲系統(tǒng)。通過分析換熱器產品特性，并建立物料的價值流模型和數字化模擬系統(tǒng)，模擬現場的物料運行邏輯，合理規(guī)劃自動導引運輸車AGV（Automatic Guided Vehicle）的配送路徑和優(yōu)先順序，以實現物料的自動下線、配送入庫和倉儲流程。通過上位機與AGV系統(tǒng)、下線設備PLC互聯，自動調度AGV小車，實現設備間的及時交互。同時自動統(tǒng)計庫位實時利用率、周轉率等信息，并目視化展示，便于現場的管理。系統(tǒng)的應用取代人工搬運輸送和物料數據的手工記錄等工作，降低了員工勞動強度和企業(yè)運營成本，提高了企業(yè)的物流倉儲自動化和信息化水平。

[關鍵詞]智能倉儲;智能管理;AGV;自動化和信息化

[中圖分類號]TB657.5 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–00–03

[Abstract]The intelligent storage system for air-conditioning heat exchangers is an intelligent storage system developed based on modern lean management ideas， using advanced technologies such as host computer management， AGV intelligent scheduling and management， intelligent sensor applications， and PLC integration. By analyzing the characteristics of the heat exchanger product， establishing the value flow model of the material and the digital simulation system， simulating the material operation logic on the spot， rationally planning the distribution path and priority order of the automatic guided vehicle AGV （Automatic Guided Vehicle） to realize the material The process of automatic off-line， distribution and warehousing and warehousing. Through the interconnection of the host computer with the AGV system and the PLC of the offline equipment， the AGV trolley is automatically dispatched to realize the timely interaction between the equipment. At the same time， the real-time utilization rate and turnover rate of the warehouse are automatically counted and displayed visually， which is convenient for on-site management. The application of the system replaces manual handling and manual recording of material data， reduces employee labor intensity and enterprise operating costs， and improves the enterprise's logistics and warehousing automation and information level.

[Keywords]intelligent warehousing; intelligent management; AGV; automation and informatization

在傳統(tǒng)制造企業(yè)中，在制品的倉儲、入庫和出庫記錄、庫存信息登記等工作均需要員工手工完成。這種方式使得制造企業(yè)需要面對大量的數據錯誤、冗余、滯后，造成生產力降低和決策混亂。針對上述問題，企業(yè)試圖通過員工培訓，物料信息手工錄入電腦、現場定制等方面進行改善，但是效果仍然不太明顯。為了減少由于人工過度干預造成的浪費，通過充分的調研和對先進智能管理系統(tǒng)的掌控，企業(yè)規(guī)劃設計了該套智能管理系統(tǒng)，以達到更好的生產管理，降低生產成本，提升企業(yè)競爭力。

1 空調熱交換器智能倉儲系統(tǒng)總體設計方案

該系統(tǒng)由倉儲管理軟件系統(tǒng)集中控制，主要包括庫位狀態(tài)、通訊狀態(tài)顯示、物料檢索、工位狀態(tài)顯示、超時提醒、物料記錄、物料管理、物料調度和人工過賬或者清空操作等功能。該系統(tǒng)是一個基礎性的數據管理集成平臺;向下，完成與硬件設備的數據通信;向上，為應用層或其他應用系統(tǒng)提供數據的操作、查詢接口。上位機系統(tǒng)自動調度AGV小車，根據先進先出原則實現物料的自動出庫上線管理;自動統(tǒng)計庫位利用率、周轉率等信息，自動顯示庫位實時狀態(tài)，便于現場管理;自動顯示AGV的實時路徑、AGV調度記錄等信息;自動統(tǒng)計AGV的利用率等。通過上位機與設備PLC、安檢儀連接，使得設備實現互聯互通。AGV磁導航部件在施工時預埋在地面下，確保運行的穩(wěn)定性和地面的整潔美觀，如圖1所示。

1.1 庫存狀態(tài)

為實時監(jiān)控各庫位的實時狀態(tài)，同時防止系統(tǒng)出現異常，AGV完成任務后會通過無線AP發(fā)送完工信號給上位機系統(tǒng)，系統(tǒng)上自動記錄對應庫位的完工狀態(tài)，同時庫位上的感應器感應到物料，界面高亮顯示有貨。即通過AGV返工任務和感應器的感知確定庫位的物料狀態(tài)，以達到防錯的目的。

1.2 通訊與狀態(tài)顯示

系統(tǒng)通過組態(tài)為PLC、AGV等硬件系統(tǒng)各分配一個IP地址，以便于各單元之間的互聯互通和數據傳輸。主要傳輸數據包括申請調度AGV、待輸送產品型號、數量等，同時上位機會根據AGV的實際情況反饋信號給PLC系統(tǒng)（包括小車可執(zhí)行、忙碌、故障等信息）。為確保實時通訊，以上信號每秒刷新10次。系統(tǒng)實時監(jiān)控AGV調度系統(tǒng)是否已開啟，以及系統(tǒng)與PLC之間的通訊狀態(tài)，以便網絡通訊發(fā)現異常時的及時發(fā)覺和處理。其中上位機通過OPC平臺與PLC組態(tài)通訊，實現不同廠家、不同系統(tǒng)的兼容和控制。上位機系統(tǒng)與車間展示屏幕互聯，并設計圖形化界面，及時展示系統(tǒng)庫存狀態(tài)、AGV有效利用率等信息。

1.3 物料檢索

系統(tǒng)設計物料檢索功能，可通過輸入SAP號快速確定對應物料的數量、入庫時間、存儲位置等信息，方便員工操作和物料盤點。同時也可以將物料數據下載至本地進行分析、統(tǒng)計和控制。

1.4 工位狀態(tài)顯示

用于實時顯示對應崗位的信號需求，包括下線完成信號和裝配需求信號。同時采取不同顏色標識AGV的運行狀態(tài)，包括是否呼叫、呼叫未執(zhí)行和執(zhí)行中等信號。如已發(fā)出呼叫信號，但是倉位已滿，則提示為庫位已滿。

1.5 超時提醒

按照先進先出規(guī)則對物料進行管理，默認物料存放時間為24 h，如果倉儲物料超過24 h，則顯示窗口自動變?yōu)榧t色，提示管理者對超時物料進行及時處理。存放時間可按照實際需求進行自行設置。

1.6 物料記錄

通過該模塊可查看系統(tǒng)所有的操作和調度記錄，主要包括輸送物料的SAP號、操作時間、數量等基礎信息，并可自行導出可編輯文檔進行統(tǒng)計和分析。

1.7 物料管理

為滿足系統(tǒng)的靈活性需求，軟件設置針對具體庫位的人工管理功能。通過該功能的設置，用戶可以針對具體的庫位進行增加、更改、刪除等功能。為了確保庫位的準確性，該功能權限只針對管理者開放。

1.8 物料調度

系統(tǒng)設置AGV執(zhí)行任務的詳細信息查詢和修改功能。當AGV發(fā)生異常任務或者AGV設備異常需要人工干預處理時，可通過人工操作，取消或者強制完成對應的執(zhí)行任務，防止異常發(fā)生。

1.9 人工過賬或者清空操作

正常情況下均由AGV正常完成物料的入庫和出庫任務，但是如果需要人工進行入庫和出庫的動作，則需要手工過賬，以確保庫位信息的準確性。同時人工過賬時需檢查AGV正在執(zhí)行任務的庫位狀態(tài)，防止發(fā)生意外情況。

2 AGV系統(tǒng)的運行邏輯及控制原理

AGV作為該系統(tǒng)的主要執(zhí)行機構，其穩(wěn)定性和可靠性對于項目的成功起到了非常重要的作用。根據項目特點，系統(tǒng)設計潛伏式頂升AGV，AGV停止精度約為±5 mm，在下料點通過頂升機構托起物料，在倉儲區(qū)域下降后將物料放置在貨架上。與滾筒式AGV對比，該結構的優(yōu)點是貨架只需設計兩邊支撐結構，并增加防錯感應光電，無需設計動力驅動裝置，可節(jié)約成本，同時增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。頂升機構額定載荷設計為500 kg，滿足物料的承重需求。AGV運行系統(tǒng)主要由AGV本體（主要包括控制系統(tǒng)、機架、驅動機構、觸摸屏、控制按鈕、三色燈、機械防撞、紅外避障傳感器及升降機構等）、在線充電系統(tǒng)、磁導航系統(tǒng)、RFID地標卡、RFID讀寫器、無線AP及軟件調度系統(tǒng)。

2.1 路徑規(guī)劃

按照現場實際情況，對AGV的運行進行規(guī)劃。共設計3個下料點和2個上料點，以及40個倉儲區(qū)域，可以滿足一個班物料的WIP存儲。其中下料點和上料點的節(jié)拍約為10 min/次，AGV的運行速度約為20 m/min，根據理論計算和模擬測試，2臺AGV即可滿足使用需求。為了防止AGV運行之間的干涉，規(guī)劃AGV按照一個方向循環(huán)運行，以提高設備使用率。AGV正前方設置紅外避障傳感器和機械防撞系統(tǒng)，遇到障礙物時會自動停止，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。AGV空閑或者電量少于20%時，系統(tǒng)自動控制AGV在線充電，以確保電量充足，滿足使用需求。

2.2 交通管制

該區(qū)域為兩臺AGV運行，為提高安全性和運行效率，需要在一定區(qū)域內進行交通管制。進入交通管制區(qū)域的AGV可以主動申請交通管制，管制的原則是：先進入管制區(qū)域的設備進行管制，如果同時進入，優(yōu)先級高的軌道上的AGV先走。因為無線遙控模塊的發(fā)射功率比較大，如果“交通管制”的區(qū)域比較多，協議里面增加“交通管制區(qū)域的序號”項，就可以避免位于不同“交通管制”區(qū)域的AGV的“交通管制”信號互相影響。所處的軌道的優(yōu)先級：就是指AGV通過交通管制區(qū)域時所位于的軌道，有優(yōu)先級的，優(yōu)先級為“1”的最高，而數值越高，優(yōu)先級越低。當幾輛AGV同時進入同一個交通管制區(qū)域的時候，就是按照這個原則，讓AGV先后通過這個區(qū)域。

命令碼：取值0xFF，或者0x00，分別標示觸發(fā)或者是釋放。進入交管區(qū)域時，要放上觸發(fā)卡（或者地標），相應的，在交通管制區(qū)域的邊界，要放上一張“清除卡”（或者地標）。而在這段時間之內，成為主管制者的AGV是每隔大約1 s就會發(fā)出“交通管制”信息。當讀到交通管制的釋放卡，或者帶“釋放”指令的地標，就會發(fā)出“離開信息”，并且停止發(fā)送交管信息。而其他響應“交通管制信號”的AGV（即受管制的AGV），如果收到其他主管制的AGV發(fā)來的“已離開信息”，或者5 s之內沒有收到管制信息，即認為剛才發(fā)出管制信息的AGV已經離開了，就馬上進入掃描周期（AGV的狀態(tài)會顯示“TRAF_C”），掃描周期的時間為：所處的軌道的優(yōu)先級*1 s+0.5 s，如果在掃描周期之內，沒有收到其他有效的“交通管制”信息，就會重新啟動，并且發(fā)出管制信息;反之，如果在掃描周期之內，收到了其他有效的“交通管制信息”，就會繼續(xù)響應（即重新進入受管制），直到“管制信息”消失（收到“已離開信息”，或者5 s沒有收到，才算“管制信息”消失）。

2.3 AGV系統(tǒng)設置說明

（1）根據需求，控制器在每個地標卡均可設置若干條單獨指令（主要包括啟動、停止、高精度停止、速度設定、傳感器屏蔽、頂升和岔路選擇等），單個地標卡（RFID卡）可支持6條指令，同時通過指令的組合可以實現更多復雜的功能指令。適當的設置和控制可以進行多級岔路和復雜的站點進行選擇，必須先畫好電子地圖和確定地標編碼后，再根據站點來確定地標指令。

（2）岔路起始地址必須小于岔路結束地址，站點的順序可以打亂，可以刪除，被刪除的站點將不能尋址。由于AGV巡航器的限制，轉彎的距離為約1 m的范圍，所以轉彎地標應該布置在岔路口附近，以防止AGV運行脫軌，確保運行的可靠性。

3 結束語

通過空調換熱器智能倉儲系統(tǒng)規(guī)劃和應用，通過上位機、無線AP、AGV系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)等的集成應用，消除了各單元間的信息孤島，實現了各獨立系統(tǒng)的互聯互通。該系統(tǒng)單元的集成為企業(yè)數字化轉型的一個典型案例，為后續(xù)的系統(tǒng)升級改造提供了良好的范例。

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