基于S7-1500的AGV与MES数据集成的智能仓储系统设计与实施

  来源：智能制造之家

原文刊载于《机电工程技术》2021年第8期 

作者：长沙长泰智能装备有限公司 高净净

一

企业MES系统和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。

二

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。

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。

三

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。

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。

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。

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。

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。

图6 AGV数据追溯

四

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。

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。

标签：物料,系统,S7,任务,RCS,1500,MES,AGV
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