Plant Simulation對(duì)SIMOVE AGV系統(tǒng)進(jìn)行虛擬調(diào)試過程

AGV在制造業(yè)中的應(yīng)用越來越普及，西門子SIMOVE是AGV行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。西門子Plant Simulation是生產(chǎn)線與物流系統(tǒng)的仿真工具，通過仿真可以快速評(píng)估不同的生產(chǎn)預(yù)案并進(jìn)行分析優(yōu)化。為充分利用西門子SIMOVE AGV和Plant Simulation仿真的優(yōu)點(diǎn)，本文介紹了Plant Simulation對(duì)SIMOVE AGV系統(tǒng)進(jìn)行虛擬調(diào)試，快捷驗(yàn)證PLC代碼和自動(dòng)化過程。

1、

柔性制造技術(shù)與AGV系統(tǒng)概述

隨著工業(yè)4.0以及中國制造2025戰(zhàn)略的不斷深入實(shí)踐和應(yīng)用，制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和自動(dòng)化技術(shù)呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢(shì)，先進(jìn)制造技術(shù)、工廠物流自動(dòng)化是目前極受制造業(yè)重視的新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域；柔性加工系統(tǒng)(FMS)、柔性裝配系統(tǒng)(FAS)、柔性倉儲(chǔ)物流自動(dòng)化系統(tǒng)是其中的重要組成部分；制造業(yè)正受到柔性生產(chǎn)理念的引領(lǐng)逐步實(shí)現(xiàn)智能制造和數(shù)字化工廠。在先進(jìn)的加工制造生產(chǎn)線上使用柔性加工技術(shù),在裝配(例如汽車及其部件)生產(chǎn)線上使用柔性裝配技術(shù),在倉庫存取輸送線上使用柔性物流自動(dòng)化技術(shù)，可以增加制造生產(chǎn)線和物流系統(tǒng)的柔性,提高生產(chǎn)效率,適應(yīng)生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的市場(chǎng)需求,提高企業(yè)的組織和設(shè)備重組能力以及對(duì)市場(chǎng)作出敏捷反應(yīng)的能力。

目前，由于國內(nèi)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，其對(duì)配套生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量、品種及產(chǎn)量要求不斷提高，特別是裝配制造業(yè)。越來越多的個(gè)性化和多樣化的產(chǎn)品正在塑造未來的制造行業(yè)?；谶@種情況，汽車制造業(yè)對(duì)柔性裝配系統(tǒng)的需求正在不斷提高。

在當(dāng)前制造業(yè)轉(zhuǎn)型大潮中，自動(dòng)導(dǎo)引車AGV（AutomatedGuided Vehicle）是構(gòu)建柔性制造系統(tǒng)必不可少的重要設(shè)備和系統(tǒng)，其技術(shù)及應(yīng)用都有很大發(fā)展和普及。同時(shí)，AGV技術(shù)的發(fā)展，又進(jìn)一步促成了先進(jìn)的柔性生產(chǎn)線、自動(dòng)化物流系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和提高。

AGV系統(tǒng)由控制臺(tái)、通訊系統(tǒng)、地面導(dǎo)航系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、AGV本體和地面移載設(shè)備等組成。AGV可與物流自動(dòng)化和生產(chǎn)控制系統(tǒng)集成在一起協(xié)同作業(yè)，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠和智能制造不可或缺的部分。

使用AGV系統(tǒng)能夠給企業(yè)帶來很多好處，如提高倉儲(chǔ)效率，簡(jiǎn)化物流管理，降低人工成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量等等。近年來，隨著中國汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的國內(nèi)汽車生產(chǎn)廠家開始采用先進(jìn)的AGV自動(dòng)導(dǎo)引車作為裝配車間移動(dòng)的工作平臺(tái)，提高生產(chǎn)線的混線生產(chǎn)水平，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2、SIMOVE AGV行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化解決方案

AGV系統(tǒng)由一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)構(gòu)成，AGV控制系統(tǒng)分為地面（上位）控制系統(tǒng)、車載（單機(jī)）控制系統(tǒng)及導(dǎo)航/導(dǎo)引系統(tǒng)，其中，地面控制系統(tǒng)指AGV系統(tǒng)的固定設(shè)備，主要負(fù)責(zé)任務(wù)分配，車輛調(diào)度，路徑（線）管理，交通管理，自動(dòng)充電等功能；車載控制系統(tǒng)在收到上位系統(tǒng)的指令后，負(fù)責(zé)AGV的導(dǎo)航計(jì)算，導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)，車輛行走，裝卸操作等功能；導(dǎo)航系統(tǒng)為AGV提供絕對(duì)或相對(duì)位置及航向。綜合起來，AGV系統(tǒng)可分為三大部分：移載控制，上位主控系統(tǒng)以及導(dǎo)航控制。

在實(shí)際應(yīng)用中，AGV系統(tǒng)還必須與企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)、控制和自動(dòng)化平臺(tái)進(jìn)行集成，并且必須具有很高的可靠性和可用性，還必須滿足工廠安全要求。這都給AGV系統(tǒng)的應(yīng)用和實(shí)施提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的答案是西門子SIMOVEAGV系統(tǒng)平臺(tái)。SIMOVE AGV系統(tǒng)平臺(tái)是以通用控制器（如S71200/S71500）為基礎(chǔ)，基于TIA Portal軟件平臺(tái)的主控系統(tǒng)和集成周邊設(shè)備的系統(tǒng)平臺(tái)，能夠保證實(shí)時(shí)通信、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)增值，通過包含軟硬件及服務(wù)的一攬子技術(shù)方案為客戶在AGV應(yīng)用領(lǐng)域提供整體解決方案。

西門子SIMOVE AGV系統(tǒng)平臺(tái)能夠幫助AGV制造商和最終用戶能夠“開箱即用”地自動(dòng)化他們的AGV應(yīng)用程序，其特點(diǎn)如下：

§ 基于西門子自動(dòng)化和驅(qū)動(dòng)組件的成熟自動(dòng)化概念

§ 將不同供應(yīng)商的AGV輕松集成到一個(gè)通用車隊(duì)管理系統(tǒng)中

§ 開放的第三方集成接口，如導(dǎo)航、驅(qū)動(dòng)器和傳感器

§ 支持各種導(dǎo)航和定位系統(tǒng)，如固定軌道、激光制導(dǎo)和RTL

§ 基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信，如TCP/IP和PROFINET

§ 故障保護(hù)和非故障保護(hù)數(shù)據(jù)的同時(shí)WIFI通信

SIMOVE AGV包含以下功能模塊：

§ 移載控制自動(dòng)化軟件庫

§ 用于主控的車隊(duì)管理軟件

§ 導(dǎo)航軟件

§ 維護(hù)軟件應(yīng)用程序

§ 接口規(guī)范

§ 含推薦硬件的部件清單

§ 系統(tǒng)描述和用戶指南

§ 為AGV制造商和最終用戶提供手把手培訓(xùn)

西門子SIMOVE AGV系統(tǒng)整體解決方案提供完整的軟硬件支持，下圖是推薦的硬件列表，包括PLC+IO、IPC、驅(qū)動(dòng)、通信、安全、電池以及HMI（人機(jī)界面）。

1. 移載控制包括，包括驅(qū)動(dòng)控制，安全集成等

基本功能

通信

路徑管理

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

能源供應(yīng)

安全功能

2. 主控管理包括可視化，路徑規(guī)劃，車隊(duì)管理等，可基于PLC或PC來實(shí)現(xiàn)

訂單管理

路徑規(guī)劃

工廠和路徑可視化

機(jī)器安全

診斷

與外部過程控制的互連

3. 導(dǎo)航控制包括尋址、定位、裝卸載管理等

裝卸載功能：定位、路線跟蹤、避障

地圖管理

路線管理

SIMOVE提供了一個(gè)用于KPI監(jiān)控的儀表板，用于確定每個(gè)AGV的最佳調(diào)度順序、包括每個(gè)AGV的狀態(tài)和位置的路線信息、系統(tǒng)警報(bào)和設(shè)備圖。它將多個(gè)AGV學(xué)科整合在一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)，在一個(gè)統(tǒng)一的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和導(dǎo)航的結(jié)合；使用適當(dāng)?shù)?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/527/" target="_blank">操作系統(tǒng)，如Linux，用于基于PC的導(dǎo)航和PLC上的控制，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；支持PROFIsafe安全集成。

3、Plant Simulation虛擬調(diào)試SIMOVEAGV系統(tǒng)

大家知道，制造業(yè)面對(duì)著越來越激烈的競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)品變得越來越復(fù)雜，種類也越來越多，響應(yīng)地，產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程也越來越復(fù)雜，需要更柔性化的生產(chǎn)方式面對(duì)瞬息萬變的市場(chǎng)需求。而AGV可以幫助企業(yè)將剛性生產(chǎn)線轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝曰a(chǎn)方式，但AGV系統(tǒng)本身就是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，更不用說還要連接到復(fù)雜的生產(chǎn)過程中；因此，在實(shí)際AGV系統(tǒng)實(shí)施部署前，在虛擬環(huán)境中利用數(shù)字化雙胞胎模型對(duì)AGV系統(tǒng)方案和業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試和仿真驗(yàn)證是十分必要和有益的。

西門子Plant Simulation是對(duì)生產(chǎn)過程和物流系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真的專業(yè)工廠仿真軟件工具，用于創(chuàng)建工廠生產(chǎn)物流系統(tǒng)的數(shù)字化雙胞胎模型，對(duì)其進(jìn)行仿真、分析和優(yōu)化，洞察系統(tǒng)特征并優(yōu)化其性能。Plant Simulation具有面向?qū)ο蟮娜S建模功能和強(qiáng)大的隨機(jī)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析功能，內(nèi)置豐富的基本對(duì)象和應(yīng)用對(duì)象庫；在不中斷生產(chǎn)的前提下或在實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)安裝前，進(jìn)行系統(tǒng)建模、運(yùn)行仿真試驗(yàn)和假設(shè)預(yù)案，運(yùn)用內(nèi)置的強(qiáng)大分析和優(yōu)化工具評(píng)估各種生產(chǎn)方案。

Plant Simulation可以仿真各種規(guī)模的工廠和生產(chǎn)線，可以對(duì)各種生產(chǎn)物流系統(tǒng)的生產(chǎn)節(jié)拍、批量、生產(chǎn)單元、物料配送等進(jìn)行仿真、分析和優(yōu)化。可以在考慮不同大小的訂單與混流生產(chǎn)的復(fù)雜情況下優(yōu)化生產(chǎn)布局、資源利用率、產(chǎn)能以及整個(gè)物流和供需鏈。

Plant Simulation具有開放的系統(tǒng)架構(gòu)，提供了與外部數(shù)據(jù)平臺(tái)交互的一系列數(shù)據(jù)接口，通過這些接口和集成能力，可以建立Plant Simulation與外部的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的信息通道，實(shí)現(xiàn)仿真模型與外部數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)的信息集成。

Plant Simulation帶有PLCSIM_Advanced接口對(duì)象，可以在仿真模型和PLC之間交換數(shù)據(jù)。使用PLCSIM Advanced接口對(duì)象，可以使用TIA Portal中的STEP7配置CPU，對(duì)應(yīng)用程序邏輯進(jìn)行編程，然后將硬件配置和程序加載到虛擬控制器中，運(yùn)行程序邏輯，觀察輸入和輸出的仿真效果，對(duì)程序進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。

西門子SIMOVE AGV系統(tǒng)平臺(tái)是以PLC為基礎(chǔ)，基于TIA Portal軟件平臺(tái)的自動(dòng)化解決方案；Plant Simulation通過PLCSIM_Advanced接口對(duì)象可以很容易地實(shí)現(xiàn)與SIMOVE AGV系統(tǒng)集成，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行業(yè)務(wù)場(chǎng)景設(shè)計(jì)和測(cè)試，無需進(jìn)行物理原型就可以查看、測(cè)試各種場(chǎng)景、環(huán)境和變量；及時(shí)響應(yīng)和展示工程更改帶來的影響；在實(shí)際系統(tǒng)安裝前進(jìn)行虛擬調(diào)試，提前發(fā)現(xiàn)問題解決問題，縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，加快系統(tǒng)實(shí)施速度。 下面通過一個(gè)示例介紹Plant Simulation如何對(duì)SIMOVEAGV系統(tǒng)進(jìn)行虛擬調(diào)試的過程和步驟。

創(chuàng)建PLCSIMAdvanced實(shí)例, 命名如：Simove_MC

在TIAPortal中檢索并打開本AGV系統(tǒng)的PLC項(xiàng)目（已預(yù)先建好），如下所示：

在TIAPortal中下載AGV系統(tǒng)的主控程序PLC代碼到PLCSIM Advanced實(shí)例：

從TIAPortal啟動(dòng)WinCC HMI仿真：

打開本AGV系統(tǒng)的Plant Simulation模型（已預(yù)先建好），如：

Plant Simulation模型中包括了物料流和AGV路徑布局。

在PlantSimulation中通過PLCSIM_Advanced接口對(duì)象激活PLCSIM Advanced的連接；初始化后，AGV被放入車庫，仿真停止。

從EventController中啟動(dòng)仿真，PLC中的主控程序現(xiàn)在可以控制仿真模型中的AGV了。

虛擬驗(yàn)證：AGV管理系統(tǒng)功能驗(yàn)證。仿真運(yùn)行時(shí)在HMI上同步顯示AGV位置監(jiān)控的詳細(xì)信息，同時(shí)顯示與工作站點(diǎn)的通信狀況信息。

虛擬驗(yàn)證：通過HMI與AGV系統(tǒng)交互，向仿真發(fā)送命令運(yùn)行仿真，以驗(yàn)證自動(dòng)化系統(tǒng)。如在本例中，在HMI中選中AGV1，按下維護(hù)鍵，AGV1將進(jìn)入維護(hù)區(qū)域；在Plant Simulation模型中，AGV1將進(jìn)入維護(hù)區(qū)域。

虛擬驗(yàn)證：從仿真模型向自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)來驗(yàn)證PLC代碼。如在本例中，一旦AGV1達(dá)到IP40（維護(hù)區(qū)域），在HMI中可以看到，外部信號(hào)丟失，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于AGV上的腳踏開關(guān)；在Plant Simulation中，按下Maintance completed按鈕，AGV1維護(hù)完成將被釋放進(jìn)行正常工作。

另外，使用Plant Simulation AGV模型，還可以執(zhí)行“What-If”假設(shè)分析并對(duì)AGV系統(tǒng)的以下問題進(jìn)行分析優(yōu)化：

AGV的最佳控制策略是什么？ 需要多少輛AGV？ 太多的AGV會(huì)互相阻塞嗎？

4、小結(jié)

西門子SIMOVE AGV系統(tǒng)應(yīng)用解決方案是西門子自動(dòng)化產(chǎn)品組合的一部分，使用標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化組件以及模塊化和預(yù)先定制的應(yīng)用軟件，簡(jiǎn)化AGV系統(tǒng)的應(yīng)用編程和實(shí)施，通過開放的接口實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成。 Plant Simulation具有強(qiáng)大的建模仿真能力，構(gòu)建AGV系統(tǒng)數(shù)字化雙胞胎模型真實(shí)反映生產(chǎn)物流系統(tǒng)的實(shí)際狀況并進(jìn)行仿真優(yōu)化；通過PLC Sim Advanced對(duì)AGV系統(tǒng)進(jìn)行虛擬調(diào)試，在虛擬環(huán)境中驗(yàn)證SIMOVE AGV管理功能、控制邏輯和運(yùn)動(dòng)能力。 總之，西門子SIMOVEAGV系統(tǒng)平臺(tái)極大簡(jiǎn)化了AGV系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工程工作；幫助企業(yè)將傳統(tǒng)的物料輸送設(shè)備和裝配線組件快速升級(jí)到柔性數(shù)字化生產(chǎn)線，逐步轉(zhuǎn)型為智能數(shù)字化工廠。

審核編輯：劉清