空调热交换器智能仓储系统规划及应用

白建文

[摘    要]空调换热器智能仓储系统是基于现代化精益管理思想，应用上位机管理、AGV智能调度和管理、智能传感器的应用以及PLC集成等先进技术而开发的智能仓储系统。通过分析换热器产品特性，并建立物料的价值流模型和数字化模拟系统，模拟现场的物料运行逻辑，合理规划自动导引运输车AGV（Automatic Guided Vehicle）的配送路径和优先顺序，以实现物料的自动下线、配送入库和仓储流程。通过上位机与AGV系统、下线设备PLC互联，自动调度AGV小车，实现设备间的及时交互。同时自动统计库位实时利用率、周转率等信息，并目视化展示，便于现场的管理。系统的应用取代人工搬运输送和物料数据的手工记录等工作，降低了员工劳动强度和企业运营成本，提高了企业的物流仓储自动化和信息化水平。

[关键词]智能仓储;智能管理;AGV;自动化和信息化

[中图分类号]TB657.5 [文献标志码]A [文章编号]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

在傳统制造企业中，在制品的仓储、入库和出库记录、库存信息登记等工作均需要员工手工完成。这种方式使得制造企业需要面对大量的数据错误、冗余、滞后，造成生产力降低和决策混乱。针对上述问题，企业试图通过员工培训，物料信息手工录入电脑、现场定制等方面进行改善，但是效果仍然不太明显。为了减少由于人工过度干预造成的浪费，通过充分的调研和对先进智能管理系统的掌控，企业规划设计了该套智能管理系统，以达到更好的生产管理，降低生产成本，提升企业竞争力。

1 空调热交换器智能仓储系统总体设计方案

该系统由仓储管理软件系统集中控制，主要包括库位状态、通讯状态显示、物料检索、工位状态显示、超时提醒、物料记录、物料管理、物料调度和人工过账或者清空操作等功能。该系统是一个基础性的数据管理集成平台;向下，完成与硬件设备的数据通信;向上，为应用层或其他应用系统提供数据的操作、查询接口。上位机系统自动调度AGV小车，根据先进先出原则实现物料的自动出库上线管理;自动统计库位利用率、周转率等信息，自动显示库位实时状态，便于现场管理;自动显示AGV的实时路径、AGV调度记录等信息;自动统计AGV的利用率等。通过上位机与设备PLC、安检仪连接，使得设备实现互联互通。AGV磁导航部件在施工时预埋在地面下，确保运行的稳定性和地面的整洁美观，如图1所示。

1.1 库存状态

为实时监控各库位的实时状态，同时防止系统出现异常，AGV完成任务后会通过无线AP发送完工信号给上位机系统，系统上自动记录对应库位的完工状态，同时库位上的感应器感应到物料，界面高亮显示有货。即通过AGV返工任务和感应器的感知确定库位的物料状态，以达到防错的目的。

1.2 通讯与状态显示

系统通过组态为PLC、AGV等硬件系统各分配一个IP地址，以便于各单元之间的互联互通和数据传输。主要传输数据包括申请调度AGV、待输送产品型号、数量等，同时上位机会根据AGV的实际情况反馈信号给PLC系统（包括小车可执行、忙碌、故障等信息）。为确保实时通讯，以上信号每秒刷新10次。系统实时监控AGV调度系统是否已开启，以及系统与PLC之间的通讯状态，以便网络通讯发现异常时的及时发觉和处理。其中上位机通过OPC平台与PLC组态通讯，实现不同厂家、不同系统的兼容和控制。上位机系统与车间展示屏幕互联，并设计图形化界面，及时展示系统库存状态、AGV有效利用率等信息。

1.3 物料检索

系统设计物料检索功能，可通过输入SAP号快速确定对应物料的数量、入库时间、存储位置等信息，方便员工操作和物料盘点。同时也可以将物料数据下载至本地进行分析、统计和控制。

1.4 工位状态显示

用于实时显示对应岗位的信号需求，包括下线完成信号和装配需求信号。同时采取不同颜色标识AGV的运行状态，包括是否呼叫、呼叫未执行和执行中等信号。如已发出呼叫信号，但是仓位已满，则提示为库位已满。

1.5 超时提醒

按照先进先出规则对物料进行管理，默认物料存放时间为24 h，如果仓储物料超过24 h，则显示窗口自动变为红色，提示管理者对超时物料进行及时处理。存放时间可按照实际需求进行自行设置。

1.6 物料记录

通过该模块可查看系统所有的操作和调度记录，主要包括输送物料的SAP号、操作时间、数量等基础信息，并可自行导出可编辑文档进行统计和分析。

1.7 物料管理

为满足系统的灵活性需求，软件设置针对具体库位的人工管理功能。通过该功能的设置，用户可以针对具体的库位进行增加、更改、删除等功能。为了确保库位的准确性，该功能权限只针对管理者开放。

1.8 物料调度

系统设置AGV执行任务的详细信息查询和修改功能。当AGV发生异常任务或者AGV设备异常需要人工干预处理时，可通过人工操作，取消或者强制完成对应的执行任务，防止异常发生。

1.9 人工过账或者清空操作

正常情况下均由AGV正常完成物料的入库和出库任务，但是如果需要人工进行入库和出库的动作，则需要手工过账，以确保库位信息的准确性。同时人工过账时需检查AGV正在执行任务的库位状态，防止发生意外情况。

2 AGV系统的运行逻辑及控制原理

AGV作为该系统的主要执行机构，其稳定性和可靠性对于项目的成功起到了非常重要的作用。根据项目特点，系统设计潜伏式顶升AGV，AGV停止精度约为±5 mm，在下料点通过顶升机构托起物料，在仓储区域下降后将物料放置在货架上。与滚筒式AGV对比，该结构的优点是货架只需设计两边支撑结构，并增加防错感应光电，无需设计动力驱动装置，可节约成本，同时增加系统稳定性。顶升机构额定载荷设计为500 kg，满足物料的承重需求。AGV运行系统主要由AGV本体（主要包括控制系统、机架、驱动机构、触摸屏、控制按钮、三色灯、机械防撞、红外避障传感器及升降机构等）、在线充电系统、磁导航系统、RFID地标卡、RFID读写器、无线AP及软件调度系统。

2.1 路径规划

按照现场实际情况，对AGV的运行进行规划。共设计3个下料点和2个上料点，以及40个仓储区域，可以满足一个班物料的WIP存储。其中下料点和上料点的节拍约为10 min/次，AGV的运行速度约为20 m/min，根据理论计算和模拟测试，2台AGV即可满足使用需求。为了防止AGV运行之间的干涉，规划AGV按照一个方向循环运行，以提高设备使用率。AGV正前方设置红外避障传感器和机械防撞系统，遇到障碍物时会自动停止，确保系统的稳定性。AGV空闲或者电量少于20%时，系统自动控制AGV在线充电，以确保电量充足，满足使用需求。

2.2 交通管制

该区域为两台AGV运行，为提高安全性和运行效率，需要在一定区域内进行交通管制。进入交通管制区域的AGV可以主动申请交通管制，管制的原则是：先进入管制区域的设备进行管制，如果同时进入，优先级高的轨道上的AGV先走。因为无线遥控模块的发射功率比较大，如果“交通管制”的区域比较多，协议里面增加“交通管制区域的序号”项，就可以避免位于不同“交通管制”区域的AGV的“交通管制”信号互相影响。所处的轨道的优先级：就是指AGV通过交通管制区域时所位于的轨道，有优先级的，优先级为“1”的最高，而数值越高，优先级越低。当几辆AGV同时进入同一个交通管制区域的时候，就是按照这个原则，让AGV先后通过这个区域。

命令码：取值0xFF，或者0x00，分别标示触发或者是释放。进入交管区域时，要放上触发卡（或者地标），相应的，在交通管制区域的边界，要放上一张“清除卡”（或者地标）。而在这段时间之内，成为主管制者的AGV是每隔大约1 s就会发出“交通管制”信息。当读到交通管制的释放卡，或者带“释放”指令的地标，就会发出“离开信息”，并且停止发送交管信息。而其他响应“交通管制信号”的AGV（即受管制的AGV），如果收到其他主管制的AGV发来的“已离开信息”，或者5 s之内没有收到管制信息，即认为刚才发出管制信息的AGV已经离开了，就马上进入扫描周期（AGV的状态会显示“TRAF_C”），扫描周期的时间为：所处的轨道的优先级*1 s+0.5 s，如果在扫描周期之内，没有收到其他有效的“交通管制”信息，就会重新启动，并且发出管制信息;反之，如果在扫描周期之内，收到了其他有效的“交通管制信息”，就会继续响应（即重新进入受管制），直到“管制信息”消失（收到“已离开信息”，或者5 s没有收到，才算“管制信息”消失）。

2.3 AGV系統设置说明

（1）根据需求，控制器在每个地标卡均可设置若干条单独指令（主要包括启动、停止、高精度停止、速度设定、传感器屏蔽、顶升和岔路选择等），单个地标卡（RFID卡）可支持6条指令，同时通过指令的组合可以实现更多复杂的功能指令。适当的设置和控制可以进行多级岔路和复杂的站点进行选择，必须先画好电子地图和确定地标编码后，再根据站点来确定地标指令。

（2）岔路起始地址必须小于岔路结束地址，站点的顺序可以打乱，可以删除，被删除的站点将不能寻址。由于AGV巡航器的限制，转弯的距离为约1 m的范围，所以转弯地标应该布置在岔路口附近，以防止AGV运行脱轨，确保运行的可靠性。

3 结束语

通过空调换热器智能仓储系统规划和应用，通过上位机、无线AP、AGV系统和PLC系统等的集成应用，消除了各单元间的信息孤岛，实现了各独立系统的互联互通。该系统单元的集成为企业数字化转型的一个典型案例，为后续的系统升级改造提供了良好的范例。

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