昆烟物流ＡＧＶ系统的改造

原昆明卷烟厂物流系统是于1997年承建的，包含15台AGV(芬兰ROCLA公司制造)、4台堆垛机、3台穿梭车及货架、输送机等设备，应用于生产四部。由于存在AGV导航丢失严重、路径变更困难、电控总线掉线、服务响应慢等问题，昆烟决定于2004年底由昆明船舶设备集团有限公司进行整个系统改造。其中，AGV系统的改造是整个系统改造中的重要一环，改造原则是完全延用原AGV单机及系统的硬件和设备，以软件更新为重点，进行AGV的程序编制和修改，建立新的导航系统，重作路径规划，最终实现能够完全自主维护和变更调整。
　　
　　改造前AGV系统调研
　　
　　1．系统配置
　　整个系统采用瑞典NDC激光导引7系统平台，项目应用分布在二、三层楼。
　　二楼为硬包卷烟区，分配有9台AGV，共10台卷烟机组，4台滤嘴棒成型机组，每个卷烟机组集中了装封箱机、机器人成品码垛。AGV除了运送卷烟辅料、丝束包外，还需运送成品烟箱、成品托盘及废烟、废料箱。
　　三楼为软包卷烟区，分配有6台AGV，共15台卷烟机组，4台滤嘴棒成型机组。AGV运送卷烟辅料。丝束包及废烟、废料箱。地面站主控器是NT7000。监控系统为CWAY7，在辖区内控制整个系统中小车的交通管理、作业管理和车辆调度。上与生产调度计算机联系，接受装卸货需求指令，下与车辆保持通讯，监控系统状态，并下达工作命令。
　　
　　2．基础数据和主要特性
　　AGV基本参数及性能指标见表1、表2。


　　AGV的蓄电池使用了8年，性能良好。充电时由每个当班人员在AGV监控计算机上分批下达充电命令。以二楼为例，早班下达1、2、3号AGV充电，中班下达4、5、6号AGV充电，晚班下达7、8、9号AGV充电(此时电池容量消耗为60％左右)。接收到充电命令的AGV自动前往充电站，充电完成能自动脱离，重新投入工作。未安排充电的AGV继续工作。
　　当值班人员忘记下达充电命令，电池容量消耗到一定值时(一般为80％)，AGV会自动提示请求充电。
　　充电任务优先级比较高，但如果此时是在执行工作任务之中，则先完成工作任务，再执行充电。
　　(1)系绕通讯
　　AGV控制计算机上安装有1块PCCOM卡，是NDC专为小车通讯开发的通讯卡，提供4个串口。其中，串口1、2使用RS423协议，连接无线电通讯器，串口3使用RS485协议，连接信号采集器。
　　主控器NT7000与AGV之间采用SatelLine-2AS无线电通讯，通讯速率为9600Kbps。二、三楼AGV分置不同频率，以避免干扰。对频率设置不同的通讯区域，以获得最大的流畅性。
　　NT7000与生产调度系统之间采用TCP／IP协议通讯，生产调度系统需安装开发的接口控件。
　　NT7000与AGV图形监控之间采用TCP／IP协议通讯。
　　(2)信号采集
　　系统中由于有大量的I／O设备需要连接，所以配备了3个SC7信号采集器。SC7有32个I／O点，其中16个输入，8个输出，8个可选择为输入输出。一个SC7用于连接15台充电机，其余的用于连接机器人站台和出入库站台。
　　SC7与充电机之间为单向连接，只采集充电机的充电状态信号。
　　SC7与机器人之间为双向连接，有握手信号(机器人有安全光栅，防止工作时人员进入，站台有高速机组机器人码垛需要的空托盘组和码好的成品烟箱托盘)。AGV进入机器人工作区域进行装货或卸货时的工作流程如图3所示。


　　(3)运行模式
　　运行模式分为工作模式和关机模式。
　　在工作模式时，AGV散开于车间，便于就近工作，提高效率。
　　在关机模式时，AGV全部返回各自的充电站进行充电，便于AGV再开机工作时电池容量恢复。
　　(4)导航性能
　　经过多年的使用，导航性能出现下降，时有丢失导航的情况发生，究其原因，主要有以下几点：
　　机组挪动，反射板位置发生偏移；
　　转弯段AGV行走速度过快，有些甚至是100％的最大速度，对导航和安全都不利；
　　在某些地方，特别是三楼，反射板过多，造成反射板之间的Double干扰，而原系统在软件上缺少足够的防干扰措施；
　　AGV更换某些器件(如驱动轮等)后，没有及时调整相关参数；
　　7系统平台的激光导引在导航性能上不如7S和8系统平台，后者在防干扰上有了很大的改进。
　　(5)安全防护
　　前端采用大包围的防护栏，当发生意外、有障碍物碰撞防护栏时，内置微动开关动作灵敏，小车紧急停车。车体中部装有红外线感应开关，当感应到人或物时，AGV减速，但不停止。
　　在车的左右两侧底部各安装有对射式光电管，防止AGV转弯时碰撞到人或地面上放置的物品。
　　后端装有接触面比较大的圆形防护装置，保证发生碰撞时能紧急停车。
　　此外，车体后端还装有向上探测的光电管，用于AGV卸货时检测当前站台是否为空，避免发生货物之间的碰撞。
　　AGV安装的指示灯共有前左、前右、后左、后右四组。前进时，前左、前右灯慢速闪烁；后退时，后左、后右灯慢速闪烁；左拐弯时，前左、后左灯快速闪烁：右拐弯时，前右、后右灯快速闪烁。
　　报警器在探测到前端有障碍物时鸣叫。
　　闪烁的灯光和报警器的鸣叫提醒行人注意。
　　为最大程度地保护车间行人的安全，车间地面用不同颜色的油漆标明AGV行驶的主要通道，提醒行人经过这些路段时需注意安全。


　　(6)AGV的维护及可操作性
　　AGV在车体设计与器件布置上充分考虑了用户维护的方便性。
　　车体外围覆盖件都可以很方便地打开，便于维修检查。
　　AGV监控画面信息较详细，包括AGV正常、载货、充电、阻塞等各种信息都能通过多种颜色和文字提示加以表达。特别是在画面上具有直观实时的AGV与机组成品码垛机器人、充电机的接口信号。人员可以很方便地监控AGV状态，及时发现问题。
　　维护配备了一台蓄电池自动加水装置，以减轻维护人员每周对蓄电池加水一次的劳动强度。
　　系统配备了一台完整的AGV系统控制备份机。但是，AGV手动操作器的插口位置过高，不方便操作。
　　从上述内容分析可以看出，整个系统设计合理，使用可靠，维护方便。但是随着使用年限的增加，AGV系统运行可靠性降低。影响了整个物流系统能力的发挥。急需改造。


　　总体改造方案
　　
　　1．改造目标及方法
　　系统改造的目标是不改变任何硬件，软件上由于没有原系统的源程序，需全部重新编制，包括AGV单机程序、上位程序、反射板测量、路径规划等，彻底解决导航的问题。
　　考虑到用户使用原系统的习惯性，改造后的程序在使用上应与原来大致相同。
　　
　　2．改造过程
　　(1)完成单机程序编制。AGV装卸货、行走功能(包括最大速度、指示灯及报警器的使用)、操作面板上的参数显示、故障提示与原系统一致。所有AGV参数全部重新调整。
　　(2)建立新的导航系统。尽量使用原反射板。对其中某些多余的、不合适的进行拆除和调整。对于玻璃等反射率比较大的物体产生的假反射线以及反射板之间产生的Double干扰，在软件上给予解决。
　　(3)重新测量反射板，重作路径规划。充分考虑到车间地面已经标明的AGV通道，改造后的路径与原系统一致，保证安全性。改变以前转弯过快的速度，统一为最大0.5m／s，对于一些急弯，速度为0.3m／s。减少路径上的通讯点，使通讯得以流畅。
　　(4)完成上位程序，处理流程保持与原来一致。
　　(5)完成AGV监控画面。AGV的颜色与文字提示与原来一致，仍能直观实时地观察AGV与成品码垛机器人、充电机的接口信号。语言由英语转换为中文。
　　
　　改造效果
　　
　　系统从改造完成至今已使用两年多，运行一直很稳定；以前时常丢失导航的问题已基本得到解决；路径变更很方便。经过多次的AGV专题培训，用户维护人员的专业水平得到了提高，值班人员工作强度大大改善。
　　AGV改造是一个复杂的系统工程，往往是技术要求高，工程量大，涉及面广，环境受限，时间紧迫。如何将改造工程实施得又快又好，一直是大家关注和追求的目标。
　　在改造过程中要明确需求，摸清情况，进行仔细全面的分析，做出可行性判断，然后制定改造方案、实施计划，最后才是具体实施，完成项目。总体而言，前期准备工作相当重要。