典型车间制造环境下AGV控制的概念设计

周玲

摘要：高度自动化的典型车间制造系统通常包括仓库、AGV、CNC、装配线和激光打标设备。其中AGV对整体运行质量和运行效率起着举足轻重的作用。本文研究了典型制造系统背景下AGV的控制策略。首先定义了AGV的两种运行路径，分析了系统中任意两点之间AGV的运动流程，然后提出了最小运行模式下的AGV通信框架，最后基于PLC设计了几种主要场景下的控制方案。本结果有助于与任何制造系统底层运行层相关的AGV控制决策的优化。

关键词：典型车间制造系统;AGV;控制方法

一个典型车间加工系统包括：立体仓库，AGV，CNC1加工单元，装配单元和激光加工。实际上制造业的底层执行层通常是在这样典型加工系统的基础上扩充形成。系统主要部件的作用如下：立体仓库功能是半成品，成品和空料箱的集中存贮装置;它主要包括进出库传送带、堆垛机、货叉机构、升降机构、货架及托盘;其中堆垛机可实现水平方向、竖直方向和前后方向的运动。AGV是自动化搬运机构，它可以在加工系统中任意两个单元间移动和运输货物。装配单元的作用就是把不同零件或半成品装配到一起。CNC1加工单元是对半成品零件进行加工的装置。激光加工单元是对装配后的工件进行打标处理。

AGV是连接各单元或工作站间的“纽带”，各个核心工位间的无人衔接都要通过AGV完成。AGV是上述典型加工系统的可动部件，它对于系统整体运行质量和运行效率至关重要。本文主要研究该典型车间加工系统中AGV的控制策略。

文中涉及的典型加工系统的控制单元的结构如下图1。整个控制系统包括上位机、现场总线、仓库控制单元、AGV控制单元、装配控制单元和激光打标控制单元等。上位机是整个控制系统的大脑，它负责整个系统的控制调度，且它的调度优先级最高。现场总线是一种工业数据总线，是自动化领域中负责底层现场设备和数据的通信网络，具有简单、可靠、经济实用等优点。在本系统中现场总线采用PROFINET自动化总线标准。仓库控制单元主要控制堆垛机去完成货物在立体空间的位移即进出货/存取货，还要对货物位置以及整体仓位进行实时监测。AGV控制单元主要是实现AGV在系统两个工站间的搬运任务。本研究主要针对实时工业控制领域，故控制器采用PLC。

在加工系统中，AGV运动轨迹有两种可能，即最大化和最小化模式。最大化下的AGV小车运行轨迹：AGV小车先从立体仓库的出库传送带处出发，将待加工的工件运送到CNC1加工单元;加工完成后，再送到装配单元进行组装;组装完毕后，再运输到激光单元进行激光刻字;最终，AGV小车再将加工完成的茶叶罐运回立体仓库或者直接下线。最小化下的AGV小车运行轨迹：AGV小车先从立体仓库的出库传送带处出发，将待加工的工件运送到装配单元进行组装;组装完毕后，AGV小车再将加工完成的物品运回立体仓库或者直接下线。

系统中任意两单元间AGV移动过程是：首先系统激发AGV起点动作;AGV收到相关控制信号后开始移动稍后达到起点位置;紧接着料箱/托盘被放置到AGV上。第二階段：系统激发AGV终点动作;AGV开始移动稍后达到终点;料箱/托盘传至工作站;AGV停止本周期运行。

最小运行轨迹模式下，AGV通讯程序框架包括6个程序段。其中最主要的三个阶段是：首先生成随机数;然后AGV和下游单元的控制器进行身份验证并建立链接;以及AGV和系统其他控制器通过心跳信号保持通讯同步和状态监控。

几个AGV典型控制程序的概念设计如下所述。第一：发送认证报文程序;在此部分，AGV启动并向仓储单元发送字符串（身份验证），在得到仓储单元控制器返回的字符串后，建立连接。第二：心跳信号Heartbeatsignal;在系统运行时，AGV小车和（运行周期中下一个单元的）中央控制器之间一直保持着心跳信号，顾名思义，心跳信号就是像心跳一般一直不断变化的信号，一般用于通讯状况检测。它的作用是告诉中央控制器系统是否正常运行，当心跳信号中断时，中央控制器能立刻察觉到系统发生通讯中断，并采取相应的应对措施。第三：进料许可Feedingpermit;当工件加工完成后，成品需要回库，这时AGV小车将成品运送至入库传送带处，会给仓储单元控制器发送进料信号，通过后方可进料。第四：进料结束;成品成功入库后，出于安全考虑，延迟5秒后向仓储单元控制器发送进料完成信号，AGV小车离开仓储单元。

本文研究了典型车间制造系统下的AGV控制策略。首先分析了两种运动路径，设计了系统中任意两点间运动的流程图，然后提出了最小模式下的通信框架以及针对主要场景的控制过程。这些结果可帮助典型底层制造系统中AGV控制策略的改进和优化。未来的工作包括设计最大模式下的通信模块，开发最大模式下的控制程序等。

参考文献：

[1]李峰泉，张亚利.自动化立体仓库管理系统的设计与实现[J].现代电子技术，2007（16）：83-85

[2]吴雄喜.AGV自主导引机器人应用现状及发展趋势[J].机器人技术与应用，2012（03）：16-17.