AGV系统网络拓扑结构和控制系统方案20130226版本A

AGV#n
（图一）
网络拓扑结构的顶层是生产线控制管理系统，中间层面是监控调度上位 机，下层是全套的西门子工业级控制器及工业实时级网络 PROFINET：主控 PLC+ 触摸屏/无线工业以太网 PROFINET 快速漫游网络，传输速率 54M /无线工业以太 网 PROFINET 远程 IO 无中断通讯工作站(充电站)，几个 IO 设备可以同时实现实 时无线操作/AGV 车载无线工业以太网 PROFINET 通讯站/AGV 车载控制系统 PLC+TP 等构成。
1.1 生产线控制管理系统（或工厂物流管理系统） 生产线管理解决方案强调对生产作业现场的管理，应用条码技术实现对生
产作业过程中产生的大量的实时数据的自动化快速收集，并对实时事件及时处 理。同时又与计划层（ERP/MRP）保持双向通信能力，从计划层接收相应数据
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并反馈处理结果和生产指令。生产线管理条码解决方案有效解决制造企业在对生 产现场作业管理的难题，使企业更轻松地管理生产数据，实现对生产制程、产品 质量追溯、以及后续的库存及销售追踪的有效管理。
IEEE 802.11 g
high data rate with
54 Mbit/s
• 3 separate channels •Danger through interference
with other radio applications
(e.g. movement detectors,
Bluetooth)
35
1.6.3 循环的数据通信，确定性、冗余、可靠、无线连接监控，稳定的无线 连接。 1.6.4 防护等级 IP 65，针对震动和撞击的保护，适温范围: -20 to +60° C (抗冷凝)，供电: 19...57V，参数保存设计，冗余电源支持。 1.6.5 使用双路接入点实现冗余无线连接。 1.6.6 全方面的防止未经授权的存取和对网络的恶意攻击。 1.6.7 在两个接入点（AP）之间的切换可无中断的完成。见图七。
2.1 生产线控制管理系统（或工厂物流管理系统） 同第一章 1.1 节(略)
2.2 上位机监控调度系统 大部分内容同第一章 1.2。不同之处在于：
1）监控调度上位机需要与各个 AGV 直接进行无线通讯。 2）系统缺少离线自动运行的功能。监控调度上位机宕机时，系统瘫痪。 3）系统需要直接控制充电站的远程 IO。监控调度上位机宕机时，充电系统瘫痪。 4）监控调度上位机宕机时，在监控室无法了解各 AGV 的状态信息和故障信息。 5）监控调度上位机宕机时，在监控室无法了解各 AGV 的位置信息。
生产线管理系统（库物流管理系统）产生的物流需求下达到 AGV 上位机监 控调度计算机。
1.2 AGV 上位机监控调度系统 AGV 监控调度计算机是 AGV 地面控制系统的核心。它
主要运行 AGV 监控软件和 AGV 运行调度软件。用来完成 AGV 系统的路径规划设计、调度 AGV 执行输送任务、实时 监控 AGV 系统运行、控制 AGV 自动充电、AGV 系统的故障 诊断以及对外数据交互功能等。 1.4.1 任务管理：对生产线管理系统（库物流管理系统） 下达的任务根据时间先后和任务优先级进行管理。 1.4.2 车辆管理：根据当前 AGV 小车的位置和状态，选择距任务缓冲区内任务目 标点最近（含各路段加权值计算结果）的空闲车辆执行任务，每套系统可以同时 控制和调度 50 台 AGV 小车同时进行工作。（参考丹纳贺的数据） 1.4.3 交通管理：对系统管辖内的所有 AGV 小车按所规划的运行路线实时地控制 和管理。AGV 小车严格遵循所规划的路径行驶，并能相互让车，运行顺畅。 1.4.4 通讯管理：通过有线局域网与生产线管理系统（库物流管理系统）管理机 通讯。传递任务调度及执行情况的信息。通过工业总线网络与主控 PLC 保持通 讯，指挥系统中各车辆的作业。 1.4.5 全动态实时显示 AGV 系统中各台 AGV 小车的工作位置及运行状态，显示 小车的理论路径和实际路径的图形，显示实际路径的实时坐标数据。常用的状态 包括正常状态、等待充电、充电需求、手动状态、急停状态、路径堵塞、小车丢 失、小车停止等。并显示各作业点、充电点的占用信息。 1.4.6 可建立对图形监控有不同操作权限 的用户和用户组。 1.4.7 报告 AGV 系统出现的各种故障，产 生事件日志等报表。 1.4.8 可根据要求缩放监控界面图形。 1.4.9 查看和设置数据采集系统的输入和 输出状态。 1.4.10 查看任务命令缓冲区中的任务命 令列表，查看 AGV 小车具体的装、卸材料 地点。任务命令列表会根据收到的状态信 息不断更新，可根据要求删除某一项任务 命令或改变任务的某些参数。 1.4.11 查看 AGV 小车的车载控制器的状 态，跟踪指定的 AGV 小车，取消不在系统中的 AGV 小车，释放多台 AGV 小车之间 的堵塞。 1.4.12 系统具有事件管理功能。可报告各类异常事件，包括 AGV 小车等待充电 时间过长；车辆阻塞时间过长；任务被取消；装、卸货站台号无效或错误等。可 利用事件过滤器，只显示所需查询的事件类型或时间段内发生的事件。
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1.4.13 应急情况下，可通过图形监控界面直接下达任务。理论上，作业任务来 自生 产 线 控 制 管 理 系 统 或 工 厂 物 流 管 理 系 统 。 1.4.14 变更路径功能，能够根据生产线管理要求快速变更 AGV 小车运行的路径 及设定，包括运行路径和取卸货站台位置点的移动、修改、增删、站台设置的修 改等。 1.4.15 编制电子地图。（见图三，图四）
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2. 系统网络拓扑结构方案二 AGVS 系统构成：见图九
生产线控制管理系统
局域网
监控调度上位机
远程 I/O
地面导航 系统
Leabharlann Baidu
无线 接入点
无线 接入点
无线 接入点
无线局域网
AGV 充电站
AGV#1
AGV#2
AGV#3
AGV#n
（图九）
网络拓扑结构的顶层是生产线控制管理系统，中间层面是监控调度上位 机，下层是 AGV 车载控制系统和远程 IO 工作站(充电站) 。
• not compatible to IEEE
802.11 b/g
• only permitted indoor • Transmission power :
20 mW
• Frequency 5150-5350,
[GHz] 5725- 5825
•Range: approx. 10-15 m
• N f Cli t
2.3 无线网络通讯系统 采用市场上的民用无线通讯系统，存在以下问题：
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1）可靠性不如专业工控级系统 PROFINET。 2）实时通讯速度肯定达不到专业工控级系统，如 PROFINET 无线系统，当从 站数量小于 10 个时，实时通讯时间小于 15ms。从站数量小于 64 个站点时， 实时通讯时间小于 64ms。 3）实时通讯站点的数量达不到专业工控级系统，如 PROFINET 无线系统，最 大规模 255 个站点。
• compatible with IEEE
802.11 b radio networks
• for Indoor/ Outdoor • Transmission power :
100 mW
• Frequency 2400,0-2483,5
GHz
• Range : approx. 30/50 m* • No. of Clients: approx. 35
IEEE 802.11 a
• high data rate with
54 Mbit/s
• 8 separate channels • Danger through interference
with other radio applications
(e.g. movement detectors,
Bluetooth)
（图三，电子地图）
（图四，主监控界面）
1.3 主控 PLC 控制系统 主 控 PLC 配 触 摸 屏 ， 位 于 中 央 控 制 室 。 主 控 PLC 的 MPI 口 或 者
PROFIBUS-DP 口，用于与上位监控调度计算机接口，主控 PLC 的 PROFINET 口，用于组成无线工业以太网，与多台 AGV 保持稳定的通讯。同时，AGV 自 动充电站的 REMOTE IO 工作站，也是通过无线工业以太网 PROFINET 总线与
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主控 PLC 通讯。 主控 PLC 触摸屏，在上位监控调度计算机离线时，应该能够完成以下
工作： 1.5.1 离线自动调度管理 AGV 车辆：根据当前 AGV 小车的位置和状态，人工在 触摸屏上选择距任务缓冲区内任务目标点最近的空闲车辆执行运输任务。 1.5.2 通讯管理：通过无线工业以太网与各台 AGV 和自动充电站远程 IO 保持通 讯。 1.5.3 自动充电管理：自动应答 AGV 车的充电要求，控制远程 IO 站点自动为电 量低于设定值的 AGV 车充电。 1.5.4 全动态实时显示 AGV 系统中各台 AGV 小车的工作位置及运行状态，常用的 状态包括正常状态、等待充电、充电需求、手动状态、急停状态、故障信息、小 车停止信息等。并显示各作业点、充电点的占用排队信息。 1.5.5 查看 AGV 小车的车载控制器的状态。 1.4 无线工业以太网通讯系统 1.6.1 采用工业无线以太网（IWLAN）产品， IWLAN 传输时间 < 15ms(理论)
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1.AGVS 系统网络拓扑结构方案一 AGVS 系统网络拓扑结构设计方案一：请见下图（图一）
生产线控制管理系统
PROFINET
监控调度上位机 主控 PLC
PROFIBUS 触摸屏
工业以太网
远程 I/O
地面导航 系统
无线 接入点
无线 接入点
无线 接入点
无线局域网
AGV 充电站
AGV#1
AGV#2
AGV#3
detectors, Bluetooth)
• for indoor/ outdoor • Transmission power:
100mW
• Frequency 2400,0-2483,5
GHz
• Range : approx. 30/50 m* •No. of Clients: approx. 8
2.4 AGV 车载 PLC 触摸屏控制系统方案 大部分内容同第一章 1.4。不同之处在于：
1）根据上位机采用的无线通讯协议，选择不同的通讯模块。如果上位机选择 Can-Open 总线，则小车车载 PLC 需要配置同类的通讯模块。 2）AGV 直接接受上位机的无线指令。 3）AGV 直接向上位机发送状态信息和故障信息。 2.5 在线充电远程 IO 工作站
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Hall 1
Hall 2
Hall 1
Industrial Ethernet ...
Hall 2
PLC Station
图七 无缝切换
1.6.8 西门子无线工业以太网拓扑结构，见图八。
主控PLC
工业以太网
工业 以太网
IE/PB Link PN IO PROFIBUS
工业以太网
图八 无线网络拓扑结构
1.5 空白（备用章节）
AGV 系统网络拓扑结构和控制系统方案 （第二稿）
技术委员会 韩俊明
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目录
1. AGVS 系统网络拓扑结构方案一 1.1 生产线控制管理系统 1.2 上位机监控调度系统 1.3 主控 PLC 触摸屏控制系统 1.4 无线工业以太网通讯系统 1.5 AGV 车载 PLC 触摸屏控制系统方案 1.6 在线充电远程 IO 系统 2. AGVS 系统网络拓扑结构方案二 2.1 生产线控制管理系统 2.2 上位机监控调度系统 2.3 无线网络通讯系统 2.4 AGV 车载 PLC 触摸屏控制系统方案 2.5 在线充电远程 IO 系统
接入点
双路接入点
图五 接入点设备
客户端模块
PC 卡
图六 客户端设备
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1.6.2 工业无线以太网设备支持全部 3 种标准
IEEE 802.11 b • limited data rate with 11
Mbit/s
• 3 separate channels • Danger through
interference with other radio applications (e.g. movement
上位机系统需要直接通过局域网控制充电站的远程 IO 站。
技术委员会 韩俊明