基于AGV与MES数据集成的智能仓储系统设计与实施

发布时间:2021-10-21 09:58:06 来源:精工智能 作者:admin

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作者:长沙长泰智能装备有限公司 高净净    来源:MES百科


✎导 读 

本文的智能仓储系统设计从MES与智能工作站的实时数据交互,AGV小车供料接口单元改造来满足多元化的输送需求,可以满足更多使用场景,对节能减耗,提高物流工作效率有明显的指导意义。

作者:长沙长泰智能装备有限公司 高净净,原文刊载于《机电工程技术》2021年第8期,来源:智能制造之家

企业MES系统与AGV

AGV无人搬运车,一般可通过电脑来控制其行进路线以及行为,具有很强的自调整性,且自动化程度高、准确便捷,能有效避免人为错误且节省人力资源。在自动化物流系统中,以可充电的蓄电池为其动力来源,可实现其柔性,实现高效、经济、灵活的无人化工作以及管理。
MES 制造执行系统是一套面向车间的生产信息管理系统,从工厂的数据流来看,一般处于中间层级,主要将工厂的生产数据采集、存储和分析。要实现个性化的柔性生产,MES 在未来的智能化工有着举足轻重的作用,从目前来看,可以提供的主要功能包括计划排程、生产管理调度、数据追溯、工具管理、质量控制、设备/任务中心管理、过程控制、安灯看板、报表分析、上层系统数据集成等。从企业运营方面来看,业务升级不仅仅是产业链的不断扩充,更可以进一步实现个性化与定制化的自主追求;从行业上来看,还可以按照不同的需求,为企业设计一个高效、全面并且可靠的生产管理系统,以满足未来智能化的需求。目前,MES系统已经快速应用到大部分制造企业,帮助工厂进行高效和快速的信息化管理。
在当前大部分的生产企业里,车间的计划和生产都配有企业级MES,利用MES的生产数据来解决物流系统价值流角度的痛点,比如多系统差异造成额外的确认工作,操作流程只基于员工的经验等等。充分利用 MES 与 AGV 调度数据互联,整合部署在不同服务器的系统数据,这样不仅降低了企业的运维成本,也给现场的操作人员带来了极大的便利,所以在MES系统下进行AGV系统的研究有很强的现实意义。
硬件系统

1、工业服务器与AGV
服务器端采用了惠普DL388G9, CPU2.1G 至 强E5-2620v4/8 核,内存 512GB,硬盘 HP 146 GB 10K SAS 2.5,OS 操作系统为Window Server2012,数据库选择Oracle 2012企业版关系型数据库系统,可移植性好、可靠性高、稳定性强、具备处理海量数据能力,结合NET平台使用具有很大的便利性。
AGV 采用海康威视 MR-Q3-600-C型,最大举升高度为60mm,额定负载能力为 600kg,停止位置精度为 ± 10mm,额定工作时间为8h,在电量低于设定值且无工作任务时自动前往充电桩进行充电,这些特性能够满足大部分工厂通用的一日三班的工作要求。从成本优化和项目适用性角度,系统采用了磁条导航的方式。
2、智能仓库工作站
智能仓库设备方案如图1所示,该设备为AGV应用展示设备。通过MES将库房端与物料需求端连接起来,实现库房与物料需求端物料输送的自动对接。

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图1 智能仓库设备方案
设备控制系统由AGV料车、待料架 、物料架、卸料架和MES 组成。设备控制采用西门子 1500 系列全自动集成控制,相比于S7-300/400,西门子1500处理速度更快,联网能力更强,诊断能力和安全性更高,不仅可节省成本,提高生产效率,而且安全可靠,支持的数据类型更为广泛。智能仓库设备由本地局域网连接,设备具有更强的联网能力,有利于提高该设计整体系统的稳定性。
软件系统


1、MES和仓储工作站的数据互联
当货架缺料时,货架设备向 MES 系统发出缺料请求信息,报文中包括缺料的型号。MES系统通过队列将RCS创建任务所需的信息传递给RCS系统。当RCS创建AGV小车任务成功,将命令下达给AGV小车,AGV根据规划好的路径向仓库移动。到达指定地点后,AGV通过透传任务将信息传达给仓库PLC。仓库工作站通过向MES系统发送信息,确认送达的物料型号准确,并通过报文向MES系统传达任务已完成的信息。
在 MES 系统的工作系统层面,当卸料架发出缺料信息后,将指令发给AGV管理系统RCS,主要内容有目的地+身份ID 、物料类型 、物料数量等;AGV管理系统接受好任务后将状态反馈给 MES,并驶向待料架 PLC1;AGV 到达待料架PLC1,AGV将到位和准备信号告知待料架PLC1,同时将身份ID + 物料类型 、物料数量传至待料架PLC1。
AGV收到待料架PLC1反馈的准备信号之后开始接收物料架,待判断接收好物料框并同时收到待料架PLC1的完成信号后,载着物料框开始驶向卸料架 PLC2;AGV 到达卸料架PLC2,将到位和准备信号告知卸料架 PLC2,收到卸料架PLC2 反馈的准备信号之后开始输送物料框,待收到卸料架PLC2收料的完成信号后,回到充电桩或进行下一个工作周期。AGV 与线边 PLC1&2 的数据交换,数据通讯采用 OPC 客户端与服务端的方式,如图2所示。

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图2 智能仓库工作流程
2、MES和RCS通信
Web Service是一种基于Http和XML技术,并使用网络服务描述语言描述和使用SOAP协议传输的异构系统解决方案。AGV任务生成的顺序工作流如图3所示。MES端将任务生成所需信息通过消息队列发送给 RCS系统,RCS系统生成对应的AGV任务。

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图3 顺序工作流
AGV系统主要由机器人控制系统(Robot conrol system,RCS)、平台系统和多台AGV小车本体组成,上层RCS平台作为小车搬运系统的大脑,主要负责AGV小车的任务分配及调度,而AGV小车则作为任务的执行者,直接和系统中的机台对接,自动完成搬运任务。
当系统需要将机台 A 的货物接送到机台B时,首先由MES 生成相应的任务发送至 RCS,RCS 根据智能算法选取最近满足需求的AGV,行进至机台A,到位后,上层执行机构进行动作;执行机构完成动作后,AGV再进行移动至机台B。为了保证动作的可靠性及AGV整体的安全性,在AGV移动过程中,上层执行机构不进行动作。而当上层执行机构动作时,AGV底盘保证自身位置固定,通知执行机构完成相应的任务,主要业务流程如图4所示。

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图4 主要业务流程
3、AGV故障实时监控
AGV所在位置为充电桩位置,当电量低于设定值时,小车将自动前往充电桩。AGV小车的电量显示及故障报错信息都会在界面显示,便于工作人员排查,如图5所示。

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图5 AGV故障实时监控
4、过程行为追溯
唯一识别码由物料型号、日期和计数器组成,方便识别。在取料完成后任务状态变为OK,如果任务没有完成,任务状态会显示为无结果。过程数据记录了任务创建、AGV到达待料架、AGV到达物料架和任务完成这4个时间点、数量和步骤次序,完成了整个运料过程的数据追溯,如图6所示。

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图6 AGV数据追溯
结束语

近年来,生产和物流的需求急剧增长,车间的数据集成化变得越来越重要,AGV和MES系统整合后,极大地避免了由人工失误造成的产能降低,能更大地发挥 MES 系统的效力,从而提高车间物流的智能化程度,提高企业的运营效率。通过MES与 RCS系统互联,在车间的任务调度和管理层面,满足了物料数据和配送的可视化,并保证了数据的准确率和实用性,实现了智能仓储系统动态自动化补料的智能化。

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