罗守品;杨涛
【摘 要】自动导引小车(AGV)是现代物流、仪器制造和设备组装等工业应用中常用的高效运输工具.但实际使用时,现有的AGV系统无法给予现场工作人员直观、有效的状态信息和任务信息,给运行现场的实时监控与故障维护带来诸多不便.针对该问题,设计了一种基于Qt程序的AGV智能小车实时任务监控系统.利用AGV系统现有调度网络,可实时访问并接收AGV的调度任务信息和状态信息,如调度指令、车身状态数据、实时位置、故障状态与类型等.完成数据获取和传输后,对相关数据进行数据解码和分析处理,并于终端设备实时显示小车工作状况.若发生设备故障等异常情况,系统将自动向指定接收设备发送相关故障信息,并将相关故障数据保存于本地数据库以形成历史记录,以便设备检修与维护.试验和实际使用表明,该系统能有效实现对AGV实时运行状况的监控显示,具有较高的工程应用价值. 【期刊名称】《自动化仪表》
【年(卷),期】2018(039)011
【总页数】5页(P95-98,102)
【关键词】AGV;实时系统;网络通信;故障报警;SQL数据库
【作 者】不锈钢消声器罗守品;杨涛
【作者单位】自行葫芦西南科技大学信息工程学院,四川 绵阳 621000;西南科技大学信息工程学院,四川 绵阳 621000
电动车电池制作【正文语种】中 文
【中图分类】半自动打包TH39;TP274+.1
0 引言
自动导引小车(automated guided vehicle，AGV)是现代工业生产中重要的运输设备，其投入使用极大地提高了工厂的运输和生产效率，减少了人力成本，是数字化工厂中不可缺少的组成部分。同时，现行的设备监控方案多使用视屏监控系统，在中控室通过视屏影像集中监控设备运行状况[1]。其优点是通过可视化监控手段，使监控效果清晰明了[2]。但其不
足之处在实际使用过程中也同样十分突出。首先，视屏监控只能通过设备的外现判断设备是否工作正常，如堵塞停止、冲撞损害、短路烧毁等，当设备表现出明显故障时，往往已经造成较严重的生产事故，无法实时监控设备的实际工作状况和运行状态[3]。其次，视屏监控对于远端监控较为有利，但现场工作人员更希望设备本身能够显示其工作状态及实时运行任务等信息，以便直接判断设备的工作状况，从而有较为充裕的时间处理设备特殊状况及调整相关生产运行任务，达到提高生产效率的目的。同时，现有的大多数监控系统大多独立于整个设备系统，数据获取不便且监控具有时间延时，无法达到实时监控的目的[4]，很难实现监控系统的信息共享和平台的无缝连接，为后期系统平台的升级和改造带来诸多不便。
针对以上设备监控的实际需求，本文提出并设计了一种基于Qt的AGV实时任务监控系统。该系统选用15英寸(1英寸=25.4 mm)工控机作为终端显示设备，使用Qt完成上位机的设计与编写，构建面向局域网的OPC系统框架[5]。利用AGV系统网络，实时同步访问接收来自系统的调度任务信息和AGV的车身状态数据信息。通过对数据进行分析解码后在终端实时显示其工作状况，并使用SQL Server 2008数据库记录设备运行时的调度指令、故障状况等数据信息。同时，系统设计根据需求采用模块化的设计方法，减少子系统间的系统耦合
度，便于后期系统的维护与升级。
1 系统方案与设计
系统结构框图如图1所示。
图1 系统结构框图Fig.1 System structure diagram
为充分适应一线生产对设备监控的实际需求，该系统设计分为三层，分别为数据获取层、通信传输层和应用显示层[6]。数据获取层主要完成对AGV的调度任务信息和状态数据信息的获取。其中，调度任务信息在其有效时间段内存储于AGV调度系统SQL Server 2008数据库的MianYangAGVWork数据表中，AGV车身状态数据实时保存于AGV本地Access数据库的EVY-DSC数据表中。通信传输层在数据获取层工作完成后，同步将数据传输至终端设备，用于后续数据处理。同时，系统通信使用AGV调度网络进行局域网传输通信，减少了额外通信设备的采购和安装。应用显示层在接收到其需要的AGV各项数据信息后，对数据进行分析处理，包括数据解码、信息匹配等。
2 系统硬件设计
2.1 终端设备选择
引道结构图系统实际工作时，所处环境为工厂一线生产区域，环境较为复杂。终端设备具有运行稳定、触摸控制、低功耗、风冷散热等优点。设备同时加装WiFi模块，可进行局域网通信，搭载Window7系统作为监控系统运行环境。
2.2 支架及减震结构设计
不同于常规固定监控终端，本设计中的终端设备安装于AGV车身，小车移动运行和取卸货物时，不可避免地会产生持续震动，对电子设备的稳定性及使用寿命造成极大的危害，极易造成设备器件松动而导致短路损坏等情况。为解决设备安装固定及AGV运行过程中的震动对终端设备造成的不良影响，设计了一套支架结构及相应的减震机构。该机构主要由固定丝杆、牛筋减震垫圈、支撑支架等组成，其结构如图2所示。 实际测试和使用表明，该机构可完成对终端设备的固定安装和有效减少AGV运动时的震动影响。
图2 支架结构示意图Fig.2 Schematic diagram of the bracket structure
2.3 系统电源模块设计
终端设备运行工作时，需要提供12 V直流电源。但AGV运动时无法使用固定电源输入。对此，考虑使用AGV车载电源经稳压器，为工控机供电。但实地考察和运行测试后发现，AGV车载电源存在运行电压不稳、充电电压剧烈跳变、关断频繁等诸多问题。为解决电源不稳定为设备带来的潜在风险，保障系统正常运行，根据实际需求设计和制作了一款电源模块，主要由滤波器、直流空气开关、开关稳压电源组成。电源模块结构如图3所示。实地运行测试表明，所设计的电源模块可有效解决AGV系统电源不稳定问题，能为终端设备提供稳定、可靠的电能。
图3 电源模块结构示意图Fig.3 Schematic diagram of the power supply module
3 系统软件设计
3.1 系统软件设计概述
系统上位机使用Qt完成相关应用开发。Qt是一种跨平台C++图形用户界面程序开发软件，使用组件编程，可实现应用程序的快速开发和跨平台使用。
系统开发过程中，综合考虑系统功能实现和系统响应速度优化，针对不同系统功能采用不
同类实现，减少了子系统间的耦合度。对于实时性和重要性要求较低的监控内容，系统将自动降低其刷新速率或处于待机状态，以减少系统运行时的资源占用，提高系统响应速度。此次系统开发设计中完成了对AGV调度任务数据信息和状态数据信息的实时监控，并于终端设备动态显示。在获取相关数据后，将原始数据和系统解析后的数据信息保存于本地数据库形成历史记录，以便查询[7]，这也为日后可能的系统升级维护等提供数据支持。系统功能如图4所示。
图4 系统功能示意图Fig.4 System functions diagram
3.2 系统软件结构设计
系统上线运行时，共分为两种运行模式，分别为模拟测试及工作运行模式。管理员登录后，可根据需求手动选择。系统默认为工作运行模式[8]。使用模拟测试模式时，系统将使用本地数据库预存数据作为试验数据来源，检验系统相关功能和稳定性，相关试验数据可由工作人员手动设置。工作运行模式时，管理员登录成功后系统将自动进行通信连接，使用AGV系统网络自动访问相关数据表，获取系统所需数据信息并进行解码和信息匹配。在完成数据处理后，在终端设备实时显示AGV工作状态，实现系统监控功能。
电源转换电路
当AGV发生堵塞停止、运行冲撞等故障时，系统将自动记录下相关故障状态信息，包括故障车辆编码、故障时间、故障类型等，为维护检修提供数据参考。同时，在获取故障信息后，将自动发送故障信息给予指定的工作人员，提醒检修维护。现行提示方式为通过短信发送，信息内容包括故障车辆编号、故障类型及故障车辆位置信息等。系统软件设计流程如图5所示。
图5 系统软件设计流程图Fig.5 System software design flowchart
3.3 系统实时刷新方法设计
在完成系统架构设计时，对实地考察AGV的运行使用情况和相关监控系统的设计思路进行分析。为避免由于数据大量传送及处理时占用系统资源而导致的系统卡顿情况，在系统架构设计时，对相关功能页面进行编码，选用区分功能模块更新的方式[9]。
系统正常运行时，实时刷新AGV的调度任务信息和故障信息，并进行保存，且该线程一直处于运行状态。但对于AGV的车身状态信息及位置信息等，特别是对于AGV的车身状态信息，其数据解析量较大。若全系统同步工作，监控系统将出现卡顿现象，降低监控效果[10]
。对于该部分系统功能，系统运行时将默认为待机状态，只有当工作人员选择该子系统功能页面时，才触发对应系统线程，系统开始运行相关程序实现监控[11]。整个系统运行过程中，故障监控及报警具有最高优先级，同时系统刷新时间预设为500 ms。系统功能页面编码如图6所示。
图6 系统功能页面编码图Fig.6 Page encoding diagram of system functions
3.4 上位机界面设计
系统上位机使用Qt编写，其丰富的类功能库和UI控件设计功能可实现上位机界面的快速开发和跨平台运行。实际运行时上位机安装于终端设备，随AGV的移动而移动，工作人员可直观地查看AGV的各项状态信息和任务信息等。同时，登录成功后进入二级功能选择界面，用户可根据需求选择相应的系统功能。
