AGC系统的研究与设计要点分析

自动导引车（AGC）作为现今工业自动化系统的一个典型的应用，以其小巧、布置灵活、柔性度高，以及高节拍效率等优势，在物流领域及流水线装配领域中，发挥了举足轻重的作用。本文详细描述了AGC系统构成方案和设计思想，并对AGC设计时所要考虑的设计要点进行分析，使AGC规范化、安全化，从而更可靠地集成到工业自动化车间。

随着我国大力提倡工业自动化，以及《中国制造2025》发布以来，国内智能装备生产商犹如雨后春笋般快速发展壮大，工业自动化发生巨大变化，无人车间、数字化工厂等等，使得工业自动化设备发展及普及迅速。

自动导引车AGC（Automated Guided Cart）属于“简易型”AGV（Automated Guided Vehicle），但随着控制芯片技术的发展，AGC的能力已基本上接近AGV。

简易型AGC已不再是性能减弱的AGV简单版本，而是有着极具模块化、一体化的集成化控制设备；控制系统及电气设计标准化，使得AGC在组装和配线上可采用流水线生产而极大降低产品成本；AGC的模块化构造，可以很容易地集成到对应定制化机械本体或简易框架上；采用电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。同时，AGC系统还包含上一级控制及调度管理系统，可实现多车柔性任务及路径分配和AGC之间的交通管理。

一、AGC系统软件的设计思想和关键实现方法

1.AGC系统的物料运送方案

• 线边设备或操作工在AGC上料点，通过数据通讯或人工按钮确认物料准备好信息；

• 物料准备好信息会传输到AGC控制台，再由AGC控制台调度AGC拉走满料车；

• AGC把满料车运送到卸料点，卸料点的选取原则是就近和空闲；到达后开始声光报警提示操作；

• 卸料点可配置LED显示屏滚动显示任务，包括AGC编号、料架编号、紧急程度、执行人等信息；每个LED显示屏只显示对应卸料点位置，可由叉车卸货；叉车上可配备PDA滚动显示任务，叉车司机根据自己的位置状态，参照PDA和LED显示，使用无线按钮盒，选择自己最方便执行和最紧急的任务；一旦某个叉车司机选择了某个任务，则该任务在LED屏幕上就会显示已经由该叉车执行，同时在LED及其它叉车的PDA上也会显示已经有人执行，不能再选择。若由线边机构对接，对应AGC会上报控制台预备下货状态，由控制台协调对接动作，过程中通过互锁信号保护及确认完成；

• 输送空料架的任务，会根据走行距离等预置时间，提前安排；

• 若需更换料架，地面可配置RFID读头读取料架信息，进行任务校验，如果正确，则AGC短时报警提示后离开，否则会生成一个新的任务，更换错误的料架，这个任务也会在LED及PDA上显示，AGC持续报警直至正确放置在料架。料架正确放置后，LED及PDA的显示任务状态才会是完成。

2.AGC系统的任务分配模式

AGC上层系统的任务分配，采用细化模式：

具体工作中，可以分成从上料点至卸料点的满料车输送为一个任务，从卸料点至上料点上线为另一个任务，每台AGC不是固定为某条线服务。

这种模式有诸多优势：

• 一旦AGC在任务执行过程中发生故障，对整体生产运行影响范围小，需要人工介入处理的工作量小。

• 每台AGC安排任务更加灵活机动，提高了AGC的利用率。

• AGC运行线路中设置了AGC停泊位，在产能不需要太多的AGC时，AGC控制台可以自动把多余的AGC调度到停泊位等待。

3.AGC系统的物料切换模式

• AGC系统控制台可以接受上位机的生产安排（如从车间MES系统获取），控制台可预置不同物料品种的节拍数据，在正常情况下，不需要人工干预即可实现物料的切换；

• 车间管理系统需要在物料切换前预设值时间，并提前把模式更换指令发送到AGC控制台；

• AGC系统的管理机可以实现灵活调度，不需要专门进行人工干预。

二、AGC系统的构成

AGC系统，主要由AGC控制系统和调度管理系统、通讯系统、AGC、自动充电系统等构成，如图1。

1.AGC控制系统和AGC调度管理系统

控制台基于PC架构有良好的价格优势和性能扩展能力，其AGC控制系统和AGC调度管理系统是AGC系统的调度管理中心，负责数据采集系统的数据处理，与第三方设备及上位机交换信息，生成AGC的运行任务，解决多AGC之间的避碰问题等。

由于采用集中控制的方式，控制台将成为AGC系统运动的核心。它与主服务器进行大容量高速数据交换，完成AGC运动信息的数据共享，控制台与上位机生产调度管理（如MES）系统留有接口，可以接收调度命令和报告AGC的运行情况。控制台满足工业现场环境要求，有足够的运算速度和管理能力。控制台在实时调度在线AGC的同时将在屏幕上显示系统工作状态，包括在线AGC的数量、位置(包括AGC处于的地标位置)状态、已完成的转运数量等。

控制系统主要负责AGC运行中的交通管理。保证运行中AGC与AGC间的最小间距，使其不发生碰撞和追尾等事故，AGC控制台内有避碰参数设置文件，可对不同的区域设置不同的避碰原则，有效控制各种条件下AGC的安全间距。控制台将对进入系统和退出系统的AGC进行管理，以保证系统安全运行。

AGC调度管理系统采用集中调度管理方式，可以根据生产管理系统下达运输任务、AGC的工作状态、运行情况等，通过通讯系统将命令和任务传递给被选中的AGC，被选中的AGC根据控制台中管理系统的命令完成发动机的输送。任务完成后，AGC通知控制台任务完成情况，并回到待命位置，等待下一次任务。

AGC系统的设计应该自动完成维修工位缓存功能，即当该功能开放时，如果出现工位堵塞，系统可以将后面AGC自动调度进入缓存区域，并在适当的时候再放行该AGC以恢复系统正常运行，该方式可以在一定条件下减小生产线停线的时间，提高车间的总体生产能力。

2.无线通讯系统

AGC控制台与AGC间采用无线通讯方式，控制台和AGC构成无线局域网。控制台依靠无线局域网向AGC发出系统控制指令，任务调度指令，避碰调度指令等。控制台同时可接收AGC发出的通讯信号。AGC依靠无线局域网向控制台报告各类指令的执行情况、AGC当前的位置、AGC当前的状态等，AGC控制台与AGC间如果发生通讯中断，不会造成AGC的死机或死等的状态；当通讯恢复后，AGC可以自动和控制台建立通讯联系，无需关机重起。

三、AGC车体的设计要点分析

AGC设计要遵循模块化设计，整体是由机械部分和电气部分组成。机械部分一般包括AGC车架、驱动轮组件、随动轮、料车导向定位装置、电池舱、控制舱等。电气部分一般包括电池模组、AGC控制器系统、伺服系统、无线电台、传感器和线束等组成。

1.安全控制设计

由于AGC运行区域分为无人和有人区域，为确保AGC在运行过程中自身安全，特别是在现场人员的安全及各类设备的安全，AGCS应采取多级安全措施。

软件保护：包括偏离导航线保护、地标丢失保护、导航带缺损保护、部件故障保护、通讯故障保护、光靶丢失保护、超差保护和失速保护等。

硬件保护：

（1）在AGC车体安装急停开关，任何时间按下这一开关AGC立即停止运行。AGC安装醒目的信号灯和声音报警装置，以提醒周围的操作人员。

（2）在AGC车体上，前进方向设置非接触防撞和机械接触式保险杠（可选），防碰及保险杠的信号接入AGC安全回路。在无人区域可设置非安全型非接触防撞，在有人区域必须设置安全型非接触防碰和机械接触式保险杠（可选），同时还要设计运行提示功能，如警示灯或蜂鸣器。

（3）AGC电气设计上，除安全PLC等安全控制器外，普通控制器需要采用安全继电器控制驱动回路，提升了控制的安全等级。当AGC车体上急停信号被触发后，需要设计安全复位回路进行人工确认复位，AGC才可以继续运行，以增加操作的安全性。

一旦计算机系统发生故障，离线保护单元、防撞安全单元、应急开关等将控制AGC停车或完成基本操作。发生故障时，AGC自动用声光报警。同时通过无线通讯系统通知AGC监控系统。AGC监控系统在控制台上显示当前状态和文字提示。监控人员可以根据提示的信息，指挥现场人员排除故障。发生故障的AGC，可以使用手控操作器操纵AGC。当AGC发生故障导致供电或者动力系统失效时，机械设计上要有便捷方式可以轻松推动AGC下线至维修区域。

2.标识设计

AGC应设计相应铭牌，内容包括：型号、基本参数信息、安全行走速度等参数。铭牌应放置在显眼的位置，清晰易读且不可擦除（例如防水）。

同时，对有潜在或意外伤害风险的部件要设计警告标志，应符合GB/T 26560-2011要求。有关危险的警告标志应贴在移动机器人的相关危险附件上或其附近。应在靠近电池或电池仓的位置标识以下内容或等效内容，如“警告：有火灾或爆炸的危险！只能用相同型号电池更换。”

对于非安全型激光扫描仪，应进行明确标识，防止激光对人眼造成伤害。

四、结论

本文所介绍的AGC系统，在保持传统AGC低成本和灵活特点同时，还具有高度智能和自动化的控制、调度功能，使AGC可以大批量配置到智能工厂，真正实现了柔性管理。本系统已经在实际工程中得到广泛应用，特别是在美国通用多个国内整车厂的应用，稳定性及安全性得到了一致好评。

由于该AGC系统控制框架的组成及设计理念，遵循机器人设计规范及标准化，使得本系统在生产物流后期改造和维护工作时变得相对简单，即使进行功能上大的改动也不会浪费太多的人力财力，真正发挥了AGC简单灵活的特点。