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1、AGV和智能电梯交互系统的研究与应用探讨本文结合实例分析了AGV实现跨楼层物料配送的具体应用，提出了AGV和智能电梯基于以太局域网的报文安全交互系统，并对AGV基于5G工业互联网实现万物互联的全面智能制造场景进行了展望。在电梯智能化以及相关信息技术快速发展的推动下，人们对电梯设备的运行控制管理提出了更高的要求，电梯的交互对象也呈现多样化特征一一不仅需要与乘坐人员进行交互，还需要与其他现代化设备进行交互。在我国现代工业发展过程中，机械设备已经成为影响现代工业发展的主要因素，其中自动导引运输车AGV的应用能够提升工业生产效率，实现货物自动化运输。在工业生产过程中，载货电梯成为一项重要的基础设施，为
2、了提升载货电梯运行管理效率，需要采用智能化管理系统，优化电梯与AGV交互系统设计方案，确保其能够发挥出良好的应用效果。因为电梯属于特种设备，电梯交互系统需要满足特种设备的相关要求，同时必须保证交互系统稳定性、安全性以及可靠性。交互系统应采用科学的设计方案，以保证电梯能够高效、安全运行。一、AGV概述AGV装有电磁或光学自动导引装置，能够按照设定导引路径运行，具有安全保护与多种移栽功能，在现代生产领域中具有重要的作用。AGV为轮式移动机器人，是在工业生产中不需要驾驶人员就能够自动搬运的车辆，主要是通过计算机对其行进路线与行为进行控制。虽然我国AGV领域起步时间较晚，但是由于不断增加该领域的投入，
3、产生了许多自主研发的高性能AGV,使得我国AGV长期依赖于进口的局面被打破。二、AGV与电梯的交互关系设计AGV与电梯交互系统时，首先需要建立AGV与电梯之间的数据通信连接。因为AGV具有移动性特点，AGV与其管理服务器之间的通信可以采用无线网实现，也可以采用广域网无线通信，比如第5代(5G)通信技术等；AGV管理服务器与电梯之间可以应用有线网络实现连接。AGV成为电梯系统的整体组成部分，包括AGV管理服务器、电梯、AGV、通信模块和局域网等；AGV管理服务器需要与电梯之间具有良好的通信连接，利用网络接口进入局域网络中与电梯进行交互，电梯通过串口与管理服务器进行通信；在AGV管理服务器端与电梯
4、信号传输单元中，需要增加通信模块，构建完善的连接通道，从而使AGV管理服务器能够与多部电梯实现交互;AGV管理服务器与AGV之间利用无线访问接入点(AP)完成通信连接；AGV管理服务器在获取电梯的运行状态信息后，利用AP对AGV传输相应的动作指令，AGV在接收到动作指令后，执行进入与驶出电梯的对应动作。三、AGV与电梯交互系统设计为了降低AGV与电梯交互期间产生的数据总量,本交互系统设计通过AGV管理服务器与电梯之间进行数据交互，能够对结果进行分析，从而将执行命令传输到AGV中，使AGV执行相应的命令。在交互系统设计方案中，AGV与电梯的交互流程为：AGV申请电梯登记一电梯反馈登记成功一AGV
5、查询电梯所在楼层一AGV请求电梯开门一电梯开门保持一AGV进入或驶出一AGV停止请求一电梯执行关门指令一电梯运载完成。AGV在申请电梯登记之后，需在电梯反馈成功后才能够执行下一个动作，交互流程之间具有完善的逻辑关系；在通信协议中，能够将每一位数据都充分使用，并进行数据校验，从而能够防止出现数据传输错误的问题，同时能够减少数据总量。3.1 AGV驶入电梯信息交互设计AGV在进入电梯的过程中，AGV系统与电梯之间需要信息交互，其基本运行流程为：AGV发送电梯指令登记一电梯回应轿厢内指令登记一AGV查询电梯运行状态一电梯响应查询一AGV发送开门请求指令一电梯开门一电梯开门后发送准备就绪指令一AGV进
6、入电梯一AGV停止发送电梯开门信号一电梯关门。3.2 AGV驶出电梯信息交互设计AGV在驶出电梯的过程中，AGV系统与电梯之间也需要信息交互，其基本运行流程为：AGV发送电梯指令登记一电梯回应轿厢内指令登记一AGV查询电梯运行状态一电梯响应查询一AGV发送开门请求指令一电梯开门一电梯开门后发送准备就绪指令一AGV驶出电梯一AGV停止发送电梯开门信号一电梯关门。3.3 AGV与电梯心跳流程设计在交互系统设计中，AGV每隔5s向电梯传输一次心跳报文，能够检测AGV与电梯之间连接的状态。AGV与电梯之间的心跳流程设计方案为：AGV发送心跳报文一电梯回应心跳报文。3.4 AGV与电梯交互报文设计AGV
7、与电梯之间的报文交互流程设计方案为：STXfBNKfNODfLEN-DATA-SUMfETXo交互报文的具体内容如下：(I)STX为报文头，表示通信数据开始，长度为2字节(byte),内容为0xAA0x55o(2)BNK为电梯群号，长度为1字节，1号群为0,2号群为1,按照该顺序类推。(3)NOD表示群内电梯号,长度为1字节，1号电梯为OXOO,2号电梯为0x01,按照该顺序类推。(4)LEN表示DATA字节数量，长度为1字节，按照数据内容进行确定。(5)DATA表示数据内容。(6)SUM表示校验和(CheCkSUm),长度为1字节SUM=-(BNK+NOD+LEN+DATA)+1。(7)ET
8、X为报文尾，表示通信数据结束，长度为1字节，0x03。DATA数据内容包括AGV的请求指令与电梯的反馈信息，在本交互系统设计中定义的指令如下：(1)0x02表示AGV查询电梯运行状态。(2)0x82表示电梯响应状态查询。(3)0x03表示AGV请求轿厢内指令登记。(4)0x83表示电梯轿厢内指令登记结果。(5)0x05表示AGV请求电梯开门的指令。(6)0x85表示电梯响应开门到位的状态。(7)0x06表示AGV传输心跳报文。(8)0x86表示电梯传输心跳报文。四、AGV与电梯交互系统可靠性设计在现代工业自动化快速发展的背景下，AGV与电梯之间的交互应用场景逐渐增加，比如商场、住宅等，未来都将
9、会应用AGVo在5G通信技术与工业互联网融合的形势下，AGV的应用范围逐渐拓宽，且行业跨度逐渐增加，AGV已经成为工业物流配送中的重要组成部分。为了实现配送系统高效化运行，同时提升其运行效率，必须做好AGV与电梯交互系统设计，确保AGV与电梯交互的可靠性。从当前的交互系统设计情况来看，存在着AGV与电梯交互可靠性较差的问题。在具体交互过程中，AGV需要与电梯之间进行多次数据交互，因为以太网提供的服务可靠性不足,在传输过程等中会出现丢包、错包以及数据错误等问题。如果数据传输不通畅会导致AGV运行受到阻碍，所以需要提升AGV与电梯交互系统的可靠性。在本交互系统设计中，利用在收发端构建数据队列的方式
10、，将收到的数据存储在接收队列内，避免由于堵塞导致数据同时达到后处理不及时或数据丢失的问题；之后利用在接收队列中提取合法数据包的方式对其进行处理，从而实现数据的高效传输与处理。在数据发送过程中，使得数据全部位于发送队列中，按照发送单元周期从发送队列中获取相应的数据包，执行发送指令。AGV与电梯缓冲区的数据交互基本流程为：AGV发送报文一发送缓冲区f读取缓冲区一读取报文一电梯；电梯一发送报文一读取缓冲区一读取报文一AGV。除此之外，通过对发送单元数据包发送频率的优化调整，能够解决电梯缓冲区域内数据堵塞的问题，从而使AGV与电梯之间的交互更加通畅。五、AGV与电梯交互系统实践应用将本交互系统的设计方
11、案应用在某制药企业中，AGV能够将药箱运输到电梯口，利用报文指令与电梯进行交互，之后进入电梯轿厢；最后电梯将AGV运输到对应的楼层，能够实现全过程自动化运行。在该交互系统运行过程中，AGV携带需要运输的药品到达电梯层门后，传输进入电梯的请求信号，电梯系统响应该请求；电梯运行到AGV所在楼层后，开启轿厢门，并将该状态传输到AGV中；AGV接收电梯轿厢门开启就绪的指令后，进入电梯，之后传输进入就绪的指令，电梯响应该指令后将轿厢门关闭。到达对应楼层后，AGV发出驶离电梯的请求，电梯响应指令后开启轿厢门，轿厢门完全开启的状态数据传输到AGV中；AGV自动驶出轿厢门，全部驶出后传输数据，电梯接收该数据后
12、自动关闭轿厢门。在该过程中，由于采用了可靠的设计方案，数据传输能够在较短的时间内完成，且能够避免数据传输通道拥堵的问题，确保了AGV与电梯交互系统高效化运行,从而能够实现药品等货物运输自动化，为该企业节省了货物搬运人员O随着电梯智能化的发展和物联网技术的进步，与电梯交互的对象已不仅仅局限在人，还包括各式各样的AGV,电梯除了输送乘客之外，运送药物、食品、文件等也逐渐开始普及。图1为某生物制药厂电梯与AGV之间的联动交互,AGV将药物箱运输到电梯口，并通过和电梯进行报文指令交互，然后进入电梯，再通过电梯将AGV运输到指定楼层。由于电梯属于特种设备，与电梯交互的设备需符合特种设备安全法的相关要求，
13、其交互系统的安全性、稳定性及可靠性需符合电梯安全使用的要求。因此，设计一种安全可靠的交互机制至关重要。AGV与电梯交互系统需首先建立AGV与电梯之间的数据通讯链路，由于AGV的移动性特点，AGV与AGV管理服务器之间的通讯可采用局域网无线通讯，本案例采用Wi-Fi接入，也可采用广域网无线通讯，如NB-IOT及5G等。AGV服务器和电梯之间可以采用有线网络实现互联。AGV进入电梯系统的总体结构包含AGV管理服务器、电梯、AGV通信模块MOXA和无线局域网AP等。AGV管理服务器需要和多台电梯实现通信，通过Ethernet接口接入局域网和电梯进行通信，电梯通过RS485串口和AGV服务器进行通信。
14、在AGV服务器端和电梯数据传输单元端之间添加一个MOXA通讯模块，实现Ethernet接口和RS485串口之间的相互转换，建立两者之间的通讯链路，从而实现一台AGV管理服务器和多台电梯之间的报文交互。AGV管理服务器和AGV之间通过无线局域网AP实现通信。AGV管理服务器获取到电梯的状态后,通过无线AP给AGV发送相关的动作指令，AGV收到指令后，执行进入和驶出电梯的动作。AGV和智能电梯系统总体结构，如图2。二、AGV和电梯信息交互设计为了减少AGV和电梯直接交互过程产生的报文数量，本系统由AGV服务器和电梯进行信息交互，并对结果进行分析，将执行指令发送给AGV,AGV执行相应指令。AGV系
15、统和电梯交互流程为：AGV申请电梯登记f电梯反馈登记成功一AGV查询电梯所在楼层一电梯反馈所在楼层一AGV请求电梯开门一电梯开门保持一AGV进入/驶出电梯一AGV停止发送开门请求一电梯关门f电梯释放成功。AGV在申请电梯登记后，如果得到电梯反馈登记成功，才可以进行下一步动作，该交互流程中每个环节都是不可或缺且环环相扣；通讯协议数据段中，充分利用数据段中的每一位数据，并进行数据位校验，避免传输和解析错误，通信数据量也能大大降低。1.AGV驶入电梯信息交互设计AGV进入电梯时，AGV系统和电梯消息交互设计，如图3。电梯开门电悌关门AGV进入电梯消息交互过程为：AGV到达电梯门口后，发送A轿内指令登
16、记；电梯回应轿内登记指令；AGV轿内指令登记成功，发送查询电梯状态指令;电梯回应当前状态；电梯所在楼层信息和AGV请求楼层一致，AGV发送开门请求指令；电梯开门到位后，发送电梯就绪信号；AGV开始驶入电梯，过程中不断发送开门请求指令；AGV到达电梯内部后，停止发送开门请求指令；电梯关门，本次AGV进入电梯消息交互完成，电梯释放。2.AGV驶出电梯消息交互设计AGV驶出电梯时，AGV和电梯消息交互设计，如图4。AGV驶出电梯消息交互过程为：AGV进入电梯后，发送A轿内指令登记；电梯回应轿内登记指令；AGV轿内指令登记成功，发送查询电梯状态指令；电梯回应当前状态；电梯所在楼层信息和AGV请求楼层一
17、致，AGV发送开门请求指令；电梯开门到位后，发送电梯就绪信号；AGV开始驶出电梯，过程中不断发送开门请求指令；AGV到达电梯外部后，停止发送开门请求指令；电梯关门，本次AGV进入电梯消息交互完成，电梯释放。3.AGV和电梯心跳流程设计AGV每隔3秒钟给电梯发送一次心跳报文,检测AGV和电梯之间链路的连通性，AGV和电梯之间心跳流程设计，如图5。AGV电梯心跳流程图三、AGV和电梯交互报文设计AGV和电梯交互报文设计，如图6。3AGV电梯交互报文格式STXIiXKNODLENDATASUMETX4DAIA长度葩阳“SlJM计算一一交互报文具体内容，如表1。ED交互报文包含内容符号含义长度(Byt
18、e)内容STX报文头，表示通讯数据开始2OxM0x55BNK电梯群号11号群为0,2号群为1,依此类推NOD群内电梯号11号梯为OXO0,2号梯为OXO1,依此类推LENDATA字节数1根据数据内容确定DATA数据内容见后续数据内容说明SUMCHEeKSUM校验和1SUM=(BNK+NOD+LEN+DATA)+1ETX报文尾，表示通讯数据结束10x03DATA数据内容中包含AGV的请求指令和电梯的反馈信息，本案例中定义的指令，如表2。Ea交互报文指令内容命令字含义0x02AGV查询电梯状态0x82电梯回应当前状态0x03AGV请求轿内指令登记0x83电梯轿内指令登记结果0x05AGV请求电梯开
19、门指令0x85电梯反馈开门到位状态0x06AGV发送心跳报文0x86电梯发送心跳报文四、AGV和电梯交互可靠性设计AGV与电梯需要进行频繁的数据交互。实际使用过程中发现，由于以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付，传输会存在丢包、错包、数据不均匀等情况，特别是出现数据堵塞情况，若仍一直按堵塞之前的数据发送频率发送的话，只会进一步严重加剧数据异常的发生。软件实现上，通过在收发两端建立数据队列，将收到的数据统一存储在接收队列中，防止因断包导致校验失败而丢弃，防止因堵塞造成数据同时到达时处理不当导致数据丢失等问题，实际接收处理时，通过在接收队列中提取合法数据包进行处理；在发送时，将数据统
20、一放置发送队列，由发送单元周期性从发送队列中提取合法数据包执行发送，AGV和电梯缓冲区流程图，如图7。国AGV-电梯缓冲区设计方案另外，还可以通过调整发送单元合法数据包发送频率，避免堵塞时缓冲区数据内容过快填随着工业自动化的发展，AGV与电梯的交互应用场景将会越来越多，大到商场，小到住宅，凡是有电梯的场合就可能有AGV的应用。5G网络与工业互联网的融合，也逐步会使AGV应用的行业越来越多，跨度越来越大。AGV已经成为了工厂物流配送系统的有机组成部分。为了让配送系统实现更高的自动化程度，以及实现更高的效率，必须要实现AGV自动上下电梯，而要实现AGV自动上下电梯，就必须要实现AGV跟电梯系统之间
21、的通信。如何设计稳定可靠的交互机制至关重要，是智能制造技术重点研究的课题。本文提出基于以太局域网的安全交互系统，通过设计报文缓冲和重发互机制确保报文交互的成功率，最大程度上保证AGV与电梯交互的安全性和可靠性，具有一定的参考价值。AGV和智能电梯的交互系统随着电梯智能化的发展和物联网技术不断进步，与电梯交互的对象已不仅仅局限于人，还包括各式各样的AGV。电梯除了输送乘客之外，运送药物、食品、文件等也逐渐开始普及。接下来看看AGV和智能电梯强大的交互系统。上图为某生物制药厂电梯与AGV之间的联动交互,AGV将药物箱运输到电梯口，并通过和电梯进行报文指令交互，然后进入电梯，再通过电梯将AGV运输到
22、指定楼层。GBAGV-智能电梯系统的总体结构AGV和智能电梯系统总体结构AGVAGV驶入电梯信息交互设计AGV进入电梯时，AGV系统和电梯消息交互设计，如下图。在1 AGV进入电梯消息交互图电梯开门电悌关门AGV进入电梯消息交互过程为：AGV到达电梯门口后，发送A轿内指令登记I电梯回应轿内登记指令IAGV轿内指令登记成功，发送查询电梯状态指令I电梯回应当前状态I电梯所在楼层信息和AGV请求楼层一致，AGV发送开门请求指令I电梯开门到位后，发送电梯就绪信号IAGV开始驶入电梯，过程中不断发送开门请求指令IAGV到达电梯内部后，停止发送开门请求指令电梯关门，本次AGV进入电梯消息交互完成，电梯释放
23、AGV驶出电梯消息交互设计AGV驶出电梯时，AGV和电梯消息交互设计，如下图。卬AGV驶出电梯消息交互图电梯开门电悌关门AGV驶出电梯消息交互过程为：AGV进入电梯后，发送A轿内指令登记I电梯回应轿内登记指令IAGV轿内指令登记成功，发送查询电梯状态指令1电梯回应当前状态电梯所在楼层信息和AGV请求楼层一致，AGV发送开门请求指令I电梯开门到位后，发送电梯就绪信号IAGV开始驶出电梯，过程中不断发送开门请求指令IAGV到达电梯外部后，停止发送开门请求指令I电梯关门，本次AGV进入电梯消息交互完成，电梯释放随着5G网络与工业互联网的融合，也逐步会使AGV应用的行业越来越多，跨度越来越大。AGV已经成为了工厂物流配送系统的有机组成部分。为了让配送系统实现更高的自动化程度，以及实现更高的效率，必须要实现AGV自动上下电梯，而要实现AGV自动上下电梯，就必须要实现AGV跟电梯系统之间的通信，到时候足不出户就可以拿到购买的东西了。
