摘要：本報(bào)告詳細(xì)介紹了AGV，以及AGV中央調(diào)度系統(tǒng)，西門子S7-200SMART在AGV以及AGV中央調(diào)度系統(tǒng)上的成功實(shí)際應(yīng)用案例。在該報(bào)告中包含了系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景照片，控制柜實(shí)體照片，控制電路原理圖，上位機(jī)界面，和控制原理流程圖等，以全面客觀的角度解析該P(yáng)LC在21世紀(jì)新興物流系統(tǒng)，AGV無(wú)人搬運(yùn)系統(tǒng)中發(fā)揮重要的控制作用，成為高效物流調(diào)度系統(tǒng)不可缺少的一部分。
關(guān)鍵詞： 西門子S7-200SMART，AGV，AGV中央調(diào)度系統(tǒng)，無(wú)人搬運(yùn)車，無(wú)線局域網(wǎng)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，伺服控制技術(shù)，WIFI，磁導(dǎo)航。
一、項(xiàng)目介紹
1.應(yīng)用簡(jiǎn)述：AGV是無(wú)人搬運(yùn)車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫(xiě)。是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車，AGV屬于輪式移動(dòng)機(jī)器人（WMR――Wheeled Mobile Robot）的范疇。AGV以輪式移動(dòng)為特征，較之步行、爬行或其它非輪式的移動(dòng)機(jī)器人具有行動(dòng)快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)勢(shì)。與物料輸送中常用的其他設(shè)備相比，AGV的活動(dòng)區(qū)域無(wú)需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置，不受場(chǎng)地、道路和空間的限制。因此，在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，最能充分地體現(xiàn)其自動(dòng)性和柔性，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、靈活的無(wú)人化生產(chǎn)。廣泛應(yīng)用于汽車制造、機(jī)械、電子、鋼鐵、化工、醫(yī)藥、印刷、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸業(yè)和商業(yè)上。
2.AGV中央調(diào)度系統(tǒng)，AGV控制系統(tǒng)包括車上控制器和中央調(diào)度控制系統(tǒng)，均采用智能數(shù)字控制器，通過(guò)無(wú)線通信進(jìn)行聯(lián)系。AGV的控制指令由中央調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出（PLC），存入車載控制器(單片機(jī))；AGV運(yùn)行時(shí)，車上控制器通過(guò)通信系統(tǒng)從地面站接受指令并報(bào)告自己的狀態(tài)。車上控制器可完成以下監(jiān)控：手動(dòng)控制、安全裝置啟動(dòng)、蓄電池狀態(tài)、轉(zhuǎn)向極限、制動(dòng)器解脫、行走燈光、驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向電機(jī)控制與充電接觸器的監(jiān)控等。中央調(diào)度系統(tǒng)與AGV間可采用定點(diǎn)光導(dǎo)通訊和無(wú)線局域網(wǎng)通訊兩種通訊方式。采用無(wú)線通訊方式時(shí)，控制臺(tái)和AGV構(gòu)成無(wú)線局域通訊網(wǎng)，控制臺(tái)和AGV在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持下交換信息。無(wú)線通訊要完成AGV的調(diào)度和交通管理。
3.為了實(shí)現(xiàn)AGV中央調(diào)度的目的，項(xiàng)目組采用今年6月在中華工控網(wǎng)體驗(yàn)項(xiàng)目中申請(qǐng)的“S7-200SMART智能邏輯控制器”開(kāi)展了該項(xiàng)目的研究開(kāi)發(fā)工作。由于西門子S7-200SMART輯控制器的較強(qiáng)通信能力，該控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)2個(gè)月的開(kāi)發(fā)，改進(jìn)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)串口自由通信，以及MODBUS，無(wú)線局域網(wǎng)通信等手段控制多臺(tái)AGV的調(diào)度控制，實(shí)現(xiàn)AGV啟動(dòng)，停止，路徑計(jì)算規(guī)劃，站點(diǎn)�？浚锪蠈�(duì)接，多任務(wù)下發(fā)，遠(yuǎn)程控制等功能。西門子S7-200SMART的強(qiáng)大通信功能，以及方便的順序控制功能，有利AGV系統(tǒng)功能的擴(kuò)展很更改，獲得了研發(fā)人員，以及用戶的一致好評(píng)。
4.天津申能科技有限公司，是一家高科技企業(yè)，是天津市單片機(jī)學(xué)會(huì)理事單位。公司以推廣先進(jìn)工業(yè)信息化、自動(dòng)化技術(shù)為使命，以專業(yè)打造智能化、無(wú)人化工廠為目標(biāo)，公司致力于AGV及現(xiàn)代物流和工業(yè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用、非標(biāo)自動(dòng)系列設(shè)備設(shè)計(jì)，規(guī)劃，安裝，調(diào)試、并從遠(yuǎn)程工業(yè)控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，真正幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠。
二、工藝原理
1. 應(yīng)用功能描述,
AGV是無(wú)人搬運(yùn)車（Automated Guided Vehicle）的英文縮寫(xiě)，AGV小車系統(tǒng)涉及機(jī)械、電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域。AGV最大的特點(diǎn)是無(wú)人引導(dǎo)運(yùn)輸，就是自動(dòng)在工廠中行走，多臺(tái)AGV在一起運(yùn)行時(shí)，為了避免發(fā)生路線沖突，發(fā)生碰撞等事故，就需要一臺(tái)管控系統(tǒng)，我們稱之其為中央調(diào)度系統(tǒng)。中央調(diào)度系統(tǒng)的核心就是中央控制器，負(fù)責(zé)AGV路線規(guī)劃，任務(wù)下發(fā)，報(bào)警處理，無(wú)限呼叫，以及配套伺服電機(jī)，氣缸等控制。在中小型的AGV控制系統(tǒng)中一般采用PLC作為主機(jī)。在本次項(xiàng)目中我們采用了西門子S7-200SMART作為中央控制器，利用其自由通信。MODBUS通信兩種通信方式，將控制命令通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)及WiFi發(fā)送給AGV，實(shí)現(xiàn)了中央調(diào)度系統(tǒng)的功能。
2. 系統(tǒng)組成及工作流程：
AGV中央調(diào)度系統(tǒng)主要由中央控制系統(tǒng)，AGV，人際交互系統(tǒng)三大部分組成，其中中央控制系統(tǒng)包括PLC,電源模塊，保險(xiǎn)裝置，無(wú)限網(wǎng)絡(luò)模塊，繼電器，等電器件。AGV包括，臺(tái)車(帶自動(dòng)升降銷), AGV控制單元、蓄電池、電池推車及電池托架等組成，人機(jī)交互系統(tǒng)包括，顯示器，工控機(jī)，鍵鼠，交換機(jī)等。
工作流程是：以上路程圖就是系統(tǒng)的工作流程。
3.系統(tǒng)需要分析：該系統(tǒng)通過(guò)框架圖可以看出，由于整個(gè)控制過(guò)程主要是通信控制，所以PLC的通信能力需要很強(qiáng)。西門子S7-200SMART具有兩個(gè)通信口，還可以擴(kuò)展一個(gè)RS232或者RS485接口，利用其較強(qiáng)的通信能力，和順序控制能力，展開(kāi)了項(xiàng)目設(shè)計(jì)，實(shí)施，以及調(diào)試工作。
三、方案選型
1.本系統(tǒng)使用西門子S7-200SMART作為數(shù)據(jù)交換，控制的核心，通過(guò)WiFi和AGV車通信連接，AGV車將當(dāng)前的狀態(tài)，比如位置，速度，目標(biāo)地址，電量多少等數(shù)據(jù)通過(guò)自由通信的方式回傳給PLC，PLC根據(jù)回傳的數(shù)據(jù)加以判讀，然后管控AGV的路線，速度，啟停，以及行進(jìn)目標(biāo)等。通過(guò)已經(jīng)建立好的無(wú)限局域網(wǎng)，以自由通信的方式下發(fā)給相應(yīng)的AGV,AGV接收到這些指令之后開(kāi)始執(zhí)行。調(diào)度系統(tǒng)有時(shí)間會(huì)接受呼叫系統(tǒng)的命令，呼叫系統(tǒng)會(huì)傳送命令給調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度系統(tǒng)會(huì)指派相應(yīng)的AGV去相應(yīng)的位置，完成相應(yīng)的動(dòng)作及任務(wù)。這樣調(diào)度系統(tǒng)就完成了AGV基本的調(diào)度。
功能圖如下：
四，編程與調(diào)試
1. I/O分配表
2.西門子S7-200SMART控制程序說(shuō)明
本項(xiàng)目針對(duì)的AGV調(diào)度控制，主要是MOUBUS通信，以及自由口通信。這些通信是連接AGV以及無(wú)線呼叫器的樞紐，沒(méi)有他們AGV將失控，無(wú)線呼叫器也無(wú)發(fā)送信號(hào)。在本項(xiàng)目組中，連接通信口的都是通過(guò)無(wú)限局域網(wǎng)和下位機(jī)連接的。
3 應(yīng)用設(shè)備圖片展示
調(diào)度控制柜現(xiàn)場(chǎng)照片
調(diào)度系統(tǒng)，皮帶線，以及AGV路線圖展示
AGV靜態(tài)展示
調(diào)度人機(jī)界面展示
五、應(yīng)用體會(huì)
在本項(xiàng)目研究中，西門子S7-200SMART作為AGV調(diào)度系統(tǒng)核心硬件之一，發(fā)揮出了它的極大優(yōu)勢(shì)，在在中小型調(diào)度系統(tǒng)中其表現(xiàn)出了很多優(yōu)勢(shì)，比如編程界面簡(jiǎn)潔有條理，結(jié)構(gòu)化編程，程序員很容易上手，豐富的應(yīng)用指令，浮點(diǎn)數(shù)PID，CPU集成2個(gè)通信口，擴(kuò)展一個(gè)通信口，以及緊湊的結(jié)構(gòu)都是令人喜愛(ài)的原因。
1.西門子S7-200SMART實(shí)際工控應(yīng)用中，與以往我們用的西門子S7200PLC相比，節(jié)省了一個(gè)通信擴(kuò)展模塊，節(jié)省了空間和費(fèi)用，同時(shí)增加以太網(wǎng)接口，也增加調(diào)度AGV小車的數(shù)量。西門子S7-200SMART還具有非常好的可擴(kuò)展性，需要增添、修改功能時(shí)，能夠非常靈活地進(jìn)行操作而幾乎不影響現(xiàn)有的控制方案，在中小規(guī)模的控制系統(tǒng)中表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢(shì)。
2.這次研制中也發(fā)現(xiàn)了一些不足，硬件方面比如去掉了S7-200以往的狀態(tài)開(kāi)關(guān)，在實(shí)際調(diào)試的過(guò)程中帶來(lái)了不方便，同時(shí)外形體積什么較以往加寬等。
3.軟件編程方面也有一些不足，比如I/O符號(hào)表必須要提前設(shè)定，不能在編輯時(shí)候在編輯處修改，軟件在實(shí)際使用的時(shí)候發(fā)現(xiàn)不夠穩(wěn)定，希望能夠發(fā)布新版本。
4.對(duì)于一些位置控制較多，以及通信需求較多的應(yīng)用場(chǎng)合，西門子S7-200SMART有極大的優(yōu)勢(shì)。
5.本項(xiàng)目是試驗(yàn)性項(xiàng)目，已經(jīng)完成各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試，圓滿完成測(cè)試任務(wù)
