汽车总装车间不同AGV系统交通管制解决研究.pdf

532023年第04期随着汽车生产技术的逐步提升，汽车生产线正在变得越来越智能化，智慧物流是衡量生产线智能化水平的重要方面。总装车间生产线主要以装配作业为主，需要物流系统保证实时精准的物流供应，车间 AGV 系统则可以代替人工将物料输送到生产线上，从而提高生产效率，但由于在通道相互交叉的车间内存在不同的 AGV 系统，它们在交叉区域存在相互干渉的现象，所以不同系统的通信兼容性问题必须解决。不同 AGV 系统通信需求产生的背景工厂建厂初期，总装车间内建立物料区到内饰线和组装线采用磁条导航 AGV 实现物料的配送，在 SPS 物料区填料后，磁条导航 AGV 通过感应磁条的路线实现小车的导航控制，将物料配送到内饰线边和组装线边进行卸料。随着车间智能化水平的不断推进，增加了纹理识别导航托举型 AGV，它是基于地面纹理实现物料从上料到卸料的导航控制，两套 AGV 系统在物流通道作业时存在路线交叉区域，这就要求两套系统在路线交叉区域进行信息交互，完成各自车辆的通过，现将路线交叉区域定义为交通管制区域，在两套系统的 AGV 小车经过该区域时，需进行进入及离开的信号交互才能完成车辆的交通管制，否则将出现碰撞或交通拥堵的情况。AGV 系统介绍现基于系统组成、网络架构等分别介绍磁条导航 AGV 和纹理导航托举式 AGV（下文简称托举AGV）。外观样图如图 1 所示。1.磁条导航 AGV磁条导航 AGV 是一种非常成熟的技术，通过测量路径上的磁场信号来获取车辆自身相对于设定路径的偏差，从而实现车间的导航控制，测量精度较高且重复性较好，不受光线影响，一旦铺好后后期的维护成本非常低，且寿命长，路线调整容易。汽车总装车间不同 AGV 系统交通管制解决研究汽车生产工厂内不同的 AGV 系统由于控制方式、系统架构存在很大不同，需要寻求两个系统间兼容的通信方式满足交互要求，此文主要介绍了磁条导航 AGV 和纹理导航 AGV 系统间通过自由协议实现通信的解决方案。长城汽车股份有限公司 韩坡图 1 磁条导航 AGV（上）与纹理识别托举 AGV（下）48-56 总装.indd 532023/6/26 17:24:4154 2023年第04期ASSEMBLY总装控制系统：磁条 AGV 系统采 用 西 门 子 S7-315 PLC,各AGV 小车配置 S7-1200 PLC，主 PLC 和各 AGV PLC 通过无线进行通信，主控系统配置无线发射端，各小车配置无线接收端，通过对两端无线模块的配置即可实现主 PLC 和各 AGV的通信。2.纹理识别托举 AGV纹理导航属于视觉导航范畴，是通过车载视觉相机或视觉传感器在运行时获取地面的图像信息来实现导航的方法。托举 AGV 需要在车底安装视觉相机、补光灯实时拍照地面的纹理信息，其采用相位算法和傅里叶变换分析出两张图之间的位置和角度关系，实现匹配图像和路径地图生成。因从现场获取了丰富的纹理信息，因此具有很强的辨识能力，是一种全新视觉导航技术。纹理导航识别原理如图 2 所示。该方式在地面纹理出现较大面积的遮挡或污染等情况下，仍然可以提供准确的导航位置信息，当因灰尘原因导致识别率降低，则可以实现自动图像更新，保持较强的导航的能力，从而减少人工维护。如果根据纹理需求采用定制化纹理解决方案，可实现美观和高精度导航的融合。系统主控系统为 RCS 系统，运行在服务器上，每台小车通过单片机控制，定制 PCB 板卡在车间建立无线网络，在 AGV 经过的区域布设无线 AP,RCS 系统通过有线接入车间无线网络，各 AGV配置无线接收模块，用于连接无线网络，实现和 RCS 系统的信息交互。3.AGV 应用问题产生当两种 AGV 系统在同一区域出现路线交叉时，无交通规则导致交通拥堵。由于两种 AGV系统为完成不同的系统原理和组成，导致各自系统主流的通信协议并不能相互兼容，解决系统间通信成为尽快需要解决的问题。不同的 AGV 系统主要配置及应用对比如表 1 所示。AGV 系统通信问题解决由于托举 AGV 调度控制系统运行于服务器，未配置工业总线通信协议，如 PROFINET、PROFIBUS-DP 等协议通信卡，不能通过工业协议进行通信，因此解决不同导航系统间的通信问题将是实现不同 AGV 系统信息交互及自动化运行的关键所在。解决方法：磁条 AGV 主控PLC 配置了 CP343-1 以太网模块，托举 AGV 服务器配置以太网卡，两种网络硬件均支持标准的以太网协议，可以通过标准的TCP/IP 协议即自由通信协议完成数据交互。基于现场的 AGV系统路线及交互流程分析，系统间路线示意及数据交互流程如图3 所示。1.交互过程RCS（WCS）TCP 发送查询指令轮询磁条车状态，指令采用一问一答形式确保交互。1）磁条车开始进入路口时，反馈 RCS（WCS）“禁止通行”信号。2）RCS（WCS）收到信号后：清空区域，控制路口前的海康 AGV 禁止进入路口及控制路口内的 AMR 通过路口，清空区域成功后通知给磁条 AGV“禁止通行成功”。3）磁条车接收到“禁止通行成功”后控制磁条 AGV 通过路口，磁条 AGV 完全通过路口后，反 馈 RCS（WCS）“允 许 通行”。图 2 纹理识别应用流程导航系统配置终端 AGV控制线路规划对比维护对比磁条导航 AGV中型 PLC小型 PLC路线固定，结构简单维护简单几乎成本纹理导航 AGV服务器单片机路线灵活，控制复杂维护成本高表1 不同AGV系统配置及应用对比图 3 AGV 交互流程示意48-56 总装.indd 542023/6/26 17:24:41552023年第04期4）RCS（WCS）收到信号后：控制海康 AGV 正常通过路口。2.异常判断1）RCS（WCS）判断海康AGV 在路口内异常停留时进行报警，并通知磁条车“海康 AGV异常停留”。2）磁条车收到信号后：控制路口内的磁条 AGV 停止，并通知现场人工介入处理，手动控制磁条 AGV 屏蔽 RCS（WCS）的异常信号，磁条 AGV 正常运转。3）人工处理海康 AGV 异常成功实现路口区域清空后，现场人工手动控制磁条 AGV 继续接收 RCS（WCS）的异常信号。4）磁条车反馈 RCS（WCS）“磁条 AGV 正常工作”的信号保持，如果该信号消失，则 RCS（WCS）进行报警。5）如果磁条 AGV 10s 内没收到 RCS（WCS）查询信号，则磁条 AGV 通知现场人员。（磁条车通过系统呼叫的方式通知现场人员）3.交互指令统计（1）磁条 AGV：“允许通行”、“禁止通行”、“磁条车正常工作”3个状态。（2）RCS（WCS）：“禁 止通行成功”、“海康 AGV 异常停留”、“查询指令”3 个状态。备注：指令从 RCS（WCS）发起，磁条 AGV 接收任意消息后，反馈当前状态代表接收成功。自由协议通信实现原理磁 条 导 航 AGV 主 控 PLC 和 RCS 通过基于自由协议通信实现，即标准 TCP/IP 协议，通过 socket 编程实现建立通信连接及数据读写交互。从系统环境分析，两种 AGV 系统通信软硬件环境及通信性能对比如表 2所示。在本实例中，RCS 作为客户端，磁条 AGV 主控 PLC 作为服务端，由 RCS 主动建立连接、断开连接、发送读写指令。RCS端软件通过分布式软件技术向客户端开放一组接口函数,接口函数将处理与控制系统各子系统进行交互的技术细节,将控制指令和参数发布给各子系统或从子系统获取状态信息。PLC 之间通过以太网相连，要达到的目的是实现各个 PLC 控制器之间的数据交互和数据共享。为了实现 PLC 控制器之间的数据交互，需要编制相应的 PLC 控制器通信部分的程序。这种通信功能的完成可以由 PLC 程序编制工具中的特殊模块来实现。PLC 在 收 到 RCS 的 数 据请求后将指定数据发送给 RCS,PLC 接收 socket 指令在建立后始终保持允许接收状态，流程图如图 4 所示。RCS 系统通过高级语言 C#开发，通过 socket 编程实现对服务端的连接建立和数据发送接收。磁条 AGV 主控 PLC 通过调用开放通信指令完成连接建立、数据发送和接收。采用博图软件V13 进行通信编程，连接配置及程序调用如图 5 所示。控制系统通信硬件通信速率开发环境开发语言磁条导航 AGVPLC 控制系统CP343 以太网模块10/100M博图 V13SCL LAD纹理导航 AGVRCS 服务器系统标准以太网卡100MVS2015C#表2 不同AGV系统软硬件环境对比图 4 socket 建立及收发流程48-56 总装.indd 552023/6/26 17:24:4156 2023年第04期ASSEMBLY总装结语随着汽车生产工厂智能化水平的不断升级，新物流配送设备的引导必须考虑到与原物流配送系统之间的兼容性，满足数据交互能力要求，要从规划阶段分析现有工厂的设备接入能力以及新物流配送设备的兼容能力，从方案可行性、可靠性及成本投入等多个层面进行分析，选择适用现场的集成方案，从而保证工厂智能化水平的稳步提升。表3 总装工厂装配品质评价序号类型说明1错漏装插件无防错、水管/左右件无标识2一致性无防转、无定位、无工装保证3外伤如升降机压侧裙板、饰件漆面划伤4外观如无底涂标识漏底涂，或间隙不匀5松动工艺技术要求未明确或难装到位1.装配技术性评价重点评估是否有必要的工装、设备保证装配是合理、可行的。如某工厂总装产线首次导入鸥翼门装配，装配方案中需对车门装配机械手是否便于抓取、密封条装配工具易于操作、铰链装配位置可达、工装定位可靠、装配完成后检测可及、后期易于维护拆卸等全流程进行评估。如图3 所示，某主机厂利用 VR 技术，虚拟验证装配工具及工装装配空间，对装配人机视野及姿态、负荷进行评估。2.装配经济性评价保证质量的前提下应尽可能降低装配成本从而降低总的生产成本。产品端主要考虑产品的平台化、模块化、通用化。如产品设计时多车型共用工装、部分零件自定位、模块集成、力矩规整优化。产线端提升工装设备柔性化水平及装配效率，工时最大化平衡。3.装配品质评价影响总装装配品质的类型见表 3。总结电动化已成为汽车行业公认的技术趋势和未来方向，但乘用车动力能源多元化是近年来主旋律。在波涛汹涌的转型浪潮里，围绕企业的中长期发展战略，科学谋划绘就总装工艺设计蓝图，凝心聚智助力精益高效生产。本文介绍先行者的经验和教训，从而为推动高质量的乘用车总装工艺设计提供参考和借鉴。图 3 某主机厂 VR 虚拟工艺装配验证（上接第52页）图 5 博图组态及编程48-56 总装.indd 562023/6/26 17:24:42