技术 | 裕大华成品纱自动化输送入库系统（AGV叉车与RFID技术的应用）

 

一、引言

1.1 课题背景及意义

随着21世纪以来我国智能制造的加速发展，对于传统的制造业在生产工艺流程上面的转型与改造需求与日俱增，而在所有制造业工厂的生产环境中占据比重较大的物流输送环节，也逐渐成为了当下的各大企业进行智能化改造过程中的首要改造项目之一。物流输送环节的优化无疑会将工厂的生产效率大大提高，而在物流输送环节中又可分为两个重要组成部分，运输和仓储，我们裕大华公司在这两部分内分别进行了相关的改造，包括在运输部分采用AGV叉车进行自动化输送，在仓储部分采用RFID电子标签读写技术保证数据传递的准确性。

AGV叉车：由于机器人的应用具备了自主规划、可编程、可协调作业和基于传感器控制等特点，它将成为可重组的敏捷制造生产装备及系统的重要组成部分，AGV小车是移动机器人的一种，是现代制造企业物流系统中的重要设备，主要用来储运各类物料，为系统柔性化、集成化、高效运行提供了重要保证。

RFID技术：RFID技术是射频识别技术的简称，它是一种非接触的自动识别技术。随着科技水平的提高，尤其是无线通讯、互联网技术的成熟，RFID技术已经发展得相当完善，目前被广泛的应用于很多行业，如电力资产管理、图书馆的信息管理、门禁识别系统、食品安全等。

1.2 国内外现状

本输送系统主要以AGV叉车和RFID技术为核心实现自动化的输送与数据传递。

1.2.1 AGV叉车方面：

20世纪50年代初世界上第一台AGV是由美国Barrett电子公司于开发成功的，它是一种牵引式小车系统，可十分方便地与其他物流系统自动连接，显著地提高劳动生产率，极大地提高了装卸搬运的自动化程度。

1954年英国最早研制了电磁感应导向的AGVS，由于它的显著特点，迅速得到了应用和推广。

1960年欧洲就安装了各种形式、不同水平的AGVS 220套，使用了AGV 1300多台。

1976年，我国起重机械研究所研制出第一台AGV，建成第一套AGVS滚珠加工演示系统，随后又研制出单向运行载重500公斤的AGV，双向运行载重500kg、1000kg、2000kg的AGV，开发研制了几套较简单的AGV应用系统。

1999年3月27日，由昆明船舶设备集团有限公司研制生产的激光导引无人车系统在红河卷烟厂投入试运行，这是在我国投入使用的首套激光导引无人搬运车系统。

1.2.2 RFID技术方面：

上世纪40年代，RFID技术的理论得到了奠定，从实验研究阶段开始了一些应用尝试，70年代后，技术与产品进入大发展期，出现早期的应用。80年代后进入商业应用阶段，各种形式层出不穷。到现在，它已渗透到我们生产生活的方方面面。我国的射频识别应用还处于初级阶段，还存在一些问题有待完善：频率规划不一、信息安全受到攻击、核心硬件产品生产技术有待提高、成本较高等问题。

RFID技术在国外发展的很快，RFID产品种类很多，在经济发达国家应用更为广泛，主要应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域，如：汽车火车等交通监控、停车场管理系统、高速公路自动收费系统、物品仓储管理、流水线生产自动化、门禁安保系统、图书馆管理系统等等。RFID在新领域的应用也层出不穷，如行李管理、RFID机票门票应用。这些应用也会更加方便消费者的出行、消费、参与各种活动。 在国外，RFID技术在一些企业已经得到了很好的应用，企业也从中获得不菲的收益，值得我们借鉴。

二、系统流程总体概述

2.1 全流程基本思路

在目前裕大华成品纱输送系统中，为确保全流程自动化的运行和数据传递的准确性以及可追溯性，应用了自动AGV叉车和RFID电子标签读写技术。在打包滚筒线上由堆垛机器人码垛过程中，将数据传递到控制柜，再经由RFID读卡器写入到早已装到托盘上的电子标签内，托盘满垛后从滚筒线出垛，接下来在叉车任务系统中自动生成AGV叉车的任务，AGV叉车自动运行叉取托盘运送进前期已经分配好货位编号的暂存库内。

在货物托盘出暂存库时，只需手动下发出库任务，AGV叉车就可自动前往指定编号货位运送托盘出库，在此阶段会有RFID读卡器读取电子便签数据作为暂存库的出库数据。接下来就是走货销售或者人工叉车运送进入独立的纱包立体库，入库和出库也会有RFID读卡器读取电子便签数据作为立体库的入库和出库数据。

2.2 系统流程框图

在整个输送系统中使用包括了自动AGV叉车和RFID电子标签读写技术等，系统的全部输送流程以及芯片数据的写入和读取，系统流程框图如下图1-1所示。

图1 系统流程框图

2.3 系统的基本功能

系统能二十四小时不间断使用AGV叉车自动运送入暂存库，不需人工干涉，满足车间昼夜生产需求。

暂存库出库时只需手动下发任务AGV叉车就可自动执行，无需更多干涉。

全流程的数据自动传递、读取和记录，保证数据的准确性和可追溯性，数据可在库房服务器查询显示。

三、系统各单元详解

3.1 AGV叉车部分

3.1.1 AGV叉车地图路线导航

AGV叉车与现场服务器远程网络连接，通过现场墙上的反光柱与叉车的反射装置定位来确定AGV叉车的准确位置。在前期AGV叉车投入运行调试时，以对现场的地图完整路线进行了测定记录，包括将AGV叉车的运行范围进行划定，以及对每个需要使用的功能货位进行定位和编号。叉车运行中，只需根据反光柱的距离数据就可确定叉车本身在地图上的位置，需执行任务时，对应已经编好号的打包滚筒位置、暂存库货位和出库滚筒线位置可自动下发任务或手动下发任务，就可对货物进行相关输送操作。反光柱、暂存库货位、导航软件、完整位置地图显示如图2-6所示。

图2 反光柱

图3 叉车反射装置

图4 暂存库货位

图5 车载地图导航软件

图6 服务器内地图与货位

3.1.2 AGV叉车任务系统

AGV叉车任务系统位于服务器内，当滚筒线满垛托盘出垛时，任务系统自动生成任务，分配执行车辆与目标货位；当叉车电量低于设定值时，自动生成充电任务，叉车自动运行到充电位置充电；对暂存库全部货位进行有无货物的记录，控制任务生成满垛托盘准确运送至空货位；设定空托盘数量供自动生成任务取用；还有其他如调式监控、修正功能等。

图7 任务系统

3.1.3 AGV叉车车载软件

部署在车载电脑上，主要用于和车载PLC通讯，并且与Server端通讯获取任务信息发送给车载PLC，从而使AGV执行相应的任务动作；包含：车辆基本信息显示(坐标、角度、速度、任务信息等)，各操作按钮(日志、实时车辆视图、设备硬件视图和手动操作视图等)，车载界面如下图8。

图8 车载软件

3.2 暂存库、立体库部分

3.2.1 出入库数据RFID技术写入与读取

如图1系统框图虚线部分为暂存库与立体库的出库入库数据记录，在生产车间根据堆垛机的布置，对应堆垛滚筒线安装了 RFID 电子标签写入器和一台主控系统柜，每套写入器通过 RS485 通讯接口与主控制系统连接，主控制系统再通过另一个 RS485 通讯接口与堆垛控制系统连接，从堆垛获取堆垛工作垛位的数据信息，或也可通过主控制柜的触摸屏人工设定堆垛数据，再由电子标签写入系统将数据信息发送给工作垛位对应的写入装置，通过RFID方式将数据信息写入电子标签，当此托盘满垛出垛时，将此时的数据记录传给服务器记录作为暂存库的入库数据记录。当给AGV叉车下发任务后运送过程中，在暂存库的出口位置安装一套RFID 读取运送中的托盘上的电子标签数据传给服务器记录作为暂存库的出库数据记录。

图9 堆垛处控制柜触摸屏界面

四、系统优点与不足

4.1 系统优点

4.1.1 降低人工成本

传统制造业中几乎所有的步骤都是依靠人工手动操作来事实的，之后传统叉车的投入使用虽然给人们减轻了一些压力，但是仍是需要人为参与使用。而AGV叉车则不需要人工操作，实现操作过程几乎无人化的实施，代替人工作业，降低成本。

4.1.2 提升工作效率

AGV叉车本身无人化操作，且作为智能化设备，可以连续24小时运行、工作，不仅大幅度缩短了作业时间，而且大大的提高工作效率。

4.2.3 增强安全性

AGV叉车车身装有各种具有安全性能的装置，例如：急停按钮，避障雷达，防撞触边等等，为工人、物料、作业环境提供了较为安全的保障。

4.2.4 数据传递的时效性

电子标签写入和读取装置写入和读取数据实时传递给服务器电脑，即时显示所有的数据，为出入库时的工作提供便利；并且在夜班服务器电脑关机时也可记录存储数据在服务器开机时及时将数据传递。

4.2 系统不足

整个输送系统在应用中虽然拥有许多优点，但是不可否认的是其中也有一些不足之处也需要更多的改正与提升。

4.2.1 现场环境对AGV叉车的影响

AGV叉车的自动运行对于现场的运行环境具有较高的要求，在这长时间的AGV叉车的使用过程中发现，有些地方的地面坑洼会使得叉车轮子较快的磨损，目前已经改正过多次，已经好了许多。

4.2.2 出入库数据读取受干扰的问题

在托盘从电子标签读取装置输送经过时，有时会漏掉未被读取到，这种情况就需要对读取装置的位置进行更改，寻找最适合能读取到的位置；在立体库门口附近也有部分货位会放置托盘，而因为电子标签读取装置为无线方式读取，所以由位置不对或反射等原因可能会造成对附近托盘数据的误读，导致数据的错误记录。这就只能对读取装置位置进行更细致的调整，寻找既能够顺利读取叉车运送托盘电子标签同时又不会被周围托盘电子标签干扰的位置。

4.2.3 自动化运行中人工素质的要求提升

流程的自动化虽然为提供了方便，但是对于运行过程中员工的素质要求就有了很大的提升。例如以前就出现过AGV叉车被现场人工推包工作时撞坏外壳，或者在叉车运行路线放置工具、器材等造成叉车停止运行；在立体库应用人工叉车运送时由于需要电子标签读取装置读取电子标签数据，而人工叉车运行的路线、速度、叉取托盘位置等都可能对装置的读取造成影响，这就使得对人工的操作要求提高很多。这些都是在运行过程中人工方面的影响，也是需要后续提升与补足的。

来源：吴迪 武汉裕大华纺织有限公司

编辑：中国纱线网新媒体团队

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