AGV系统无线网络的实施难点思考

一、背景介绍

      在现代化的大型制造车间中，为节省人力、提高车间工作效率，大量企业都为生产车间和立体仓库引入了AGV系统。

      AGV(Automated Guided Vehicle)，即自动引导车辆系统。它是通过电池驱动，安装了一系列机电设备，可实现自动引导，自动驾驶，自动工作的车辆控制系统。AGV能沿规定导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能，工业应用中不需驾驶员的搬运车，一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为。

      AGV以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。根据适应场景和技术的不同，AGV还可分为牵引潜伏型AGV、平台背负型AGV、叉车型AGV、全向AGV等。

      AGV系统的引用，契合了智能工厂的需求。但是，如何对大量车间AGV进行监控，是多个业务结合、软硬件共同搭配的课题。本文以上汽乘用车郑州基地AGV项目为例，简析AGV无线通讯的架构、难点和方案。

图1  上汽车间AGV

图2  AGV内部简单网络结构

二、无线网络需求和挑战分析

      整套系统采购标准以太网通讯方式，后台调度软件可实时连接到整个系统网络中，实现对 AGV 的监控，同时操作人员也可以通过监控画面实时操作每台 AGV。主站与远程从站之间通过以太网进行连接。

图3  系统架构图

      上汽乘用车郑州基地生产车间面积巨大，大量AGV小车在总面积约10000平方米的区域内自动行走，因小车为移动设备，无法布置有线以太网网络，必须通过无线来实现通讯，因此面临着以下几个重要挑战：

      1、广泛的Wi-Fi覆盖：无线网络规模大，AGV行驶线路中不能有死角，同时要考虑同一环境下多个AP的相互干扰问题；

      2、无线漫游的高可靠性：小车行驶过程中在不同AP间漫游，与前一个AP断开、与后一个AP连接，中间的切换过程必然存在断线的问题，如何实现快速漫游、保证数据低丢包、低延时，且在漫游过程中保证连线的可靠性，是对无线技术很大的挑战；

      3、车内设备要求体积相对精简：AGV小车内部结构复杂，车体较小，无线终端需设计紧凑，并在小体积的前提下仍保证工业级设计，耐高温、抗电磁干扰等；

      4、抗震抗衰防护：小车行驶过程中产生的震动、颠簸，对无线终端、连接器、天线等有抗震抗衰的要求；

      5、无线抗干扰能力：无线网络受环境因素影响大，密集的钢结构、大型设备阻挡、电机启动的瞬时电压、环境内其他同频无线网络的干扰等，都会对无线产生信号干扰，现场无线网络如何布点、天线如何选配、频段信道如何配置、安装位置如何选定等，对现场方案人员有非常高的无线经验要求；

      6、能够和其他网络兼容和集成：AGV内控制系统传统上大部分为PLC，西门子、AB、欧姆龙、三菱等多个厂家的PLC协议、接口的不同，也对无线终端能处理的协议、提供的接口有不同的要求；另外，现场AP主站通常为业主IT部门布置，为现有网络，其品牌多样，华为、思科、Moxa等，无线终端与现有主站的兼容性，也是一大挑战；

      7、容易配置和维护：无线终端作为AGV的一个部件和标配，其配置和维护的简易性是客户实际关心的大问题。

      以下是上汽10w平场地的部分AP分布图，无线网络庞大，部分区域有多个AP重复覆盖，对AGV无线接入、漫游都是考验。

图4  现场AP分布

鋆锦方案和服务

      传统供应商为客户提供设备方案和单个设备的技术支持，在很大程度上不能解决客户的现场问题，特别是对不熟悉无线通讯这种新兴技术的集成商和业主。

上海鋆锦是工业通讯行业集成化方案的服务商，我们从前期需求开始，为客户量身定制集成化的方案，现场方案的设计、现场效果勘探、无线产品的选配、天线/连接线的选配、与其他网络和设备的兼容性测试、现场排错和问题解决、培训和技转等。

客户反馈，无线网络因其各个现场的不确定性、技术的专业性、对方案人员经验的要求，鋆锦作为服务商，而非设备供应商，为客户实实在在地解决了问题。

      基于以上无线网络规模大、现场钢结构干扰多、数据完整性和稳定性要求高、漫游切换要求高等挑战，鋆锦经过市场调研、方案沟通和多次现场测试，为客户提供了一套稳定的无线解决方案。

1、无线漫游问题

       鋆锦推荐的无线漫游技术，与传统瘦AP架构、后台控制器实现漫游不同，以客户端发起、计算和实现漫游，在同一品牌下实现100ms快速切换，很大程度上保证数据的完整和实时性。

图5  快速漫游技术

2、无线干扰问题

（1）通过现场图纸初步设计、现场勘测和调整，选择合适的位置布置AP主站；

（2）通过频段、信道的设置，减少同频干扰；

（3）通过设置VPN、QoS等，实现对多个业务数据的隔离和优先级设置；

图6   2.4G信道

图7   5.8G信道

图8  RF信号干扰表

3、设备选配问题

       根据客户项目的数据稳定性要求、系统丢包率要求、设备防护等级、性价比、安装要求等，经由多年经验的项目经理把关，分享包括杭州费力罗工厂PLC联网、上汽郑州基地工厂AGV、首钢钢（铁）包一体化项目、上海地铁停车场无线传输项目等多个不同行业的无线项目实施经验，与客户讨论和选配合适的工业级无线AP。

4、天线选配问题

      通过功率的预算，结合无线模块发射功率、项目传输距离、无线频段、天线接口、固定方式、安装要求等，为客户推荐和选配合适的天线。

图9 功率预算