Plant Simulation对SIMOVE AGV系统进行虚拟调试过程

AGV在制造业中的应用越来越普及，西门子SIMOVE是AGV行业的标准化解决方案。西门子Plant Simulation是生产线与物流系统的仿真工具，通过仿真可以快速评估不同的生产预案并进行分析优化。为充分利用西门子SIMOVE AGV和Plant Simulation仿真的优点，本文介绍了Plant Simulation对SIMOVE AGV系统进行虚拟调试，快捷验证PLC代码和自动化过程。

1、

柔性制造技术与AGV系统概述

随着工业4.0以及中国制造2025战略的不断深入实践和应用，制造业数字化转型和自动化技术呈现加速发展的趋势，先进制造技术、工厂物流自动化是目前极受制造业重视的新技术应用领域；柔性加工系统(FMS)、柔性装配系统(FAS)、柔性仓储物流自动化系统是其中的重要组成部分；制造业正受到柔性生产理念的引领逐步实现智能制造和数字化工厂。在先进的加工制造生产线上使用柔性加工技术,在装配(例如汽车及其部件)生产线上使用柔性装配技术,在仓库存取输送线上使用柔性物流自动化技术，可以增加制造生产线和物流系统的柔性,提高生产效率,适应生产多品种产品的市场需求,提高企业的组织和设备重组能力以及对市场作出敏捷反应的能力。

目前，由于国内汽车行业的快速发展，其对配套生产厂家的产品质量、品种及产量要求不断提高，特别是装配制造业。越来越多的个性化和多样化的产品正在塑造未来的制造行业。基于这种情况，汽车制造业对柔性装配系统的需求正在不断提高。

在当前制造业转型大潮中，自动导引车AGV（AutomatedGuided Vehicle）是构建柔性制造系统必不可少的重要设备和系统，其技术及应用都有很大发展和普及。同时，AGV技术的发展，又进一步促成了先进的柔性生产线、自动化物流系统的实现和提高。

AGV系统由控制台、通讯系统、地面导航系统、充电系统、AGV本体和地面移载设备等组成。AGV可与物流自动化和生产控制系统集成在一起协同作业，是实现数字化工厂和智能制造不可或缺的部分。

使用AGV系统能够给企业带来很多好处，如提高仓储效率，简化物流管理，降低人工成本，提高产品质量等等。近年来，随着中国汽车行业的蓬勃发展，越来越多的国内汽车生产厂家开始采用先进的AGV自动导引车作为装配车间移动的工作平台，提高生产线的混线生产水平，提高生产效率和产品质量。

2、SIMOVE AGV行业标准化解决方案

 AGV系统由一套复杂的控制系统构成，AGV控制系统分为地面（上位）控制系统、车载（单机）控制系统及导航/导引系统，其中，地面控制系统指AGV系统的固定设备，主要负责任务分配，车辆调度，路径（线）管理，交通管理，自动充电等功能；车载控制系统在收到上位系统的指令后，负责AGV的导航计算，导引实现，车辆行走，装卸操作等功能；导航系统为AGV提供绝对或相对位置及航向。综合起来，AGV系统可分为三大部分：移载控制，上位主控系统以及导航控制。

在实际应用中，AGV系统还必须与企业现有的生产、控制和自动化平台进行集成，并且必须具有很高的可靠性和可用性，还必须满足工厂安全要求。这都给AGV系统的应用和实施提出了严峻的挑战。 应对这些挑战的答案是西门子SIMOVEAGV系统平台。SIMOVE AGV系统平台是以通用控制器（如S71200/S71500）为基础，基于TIA Portal软件平台的主控系统和集成周边设备的系统平台，能够保证实时通信、实现数据增值，通过包含软硬件及服务的一揽子技术方案为客户在AGV应用领域提供整体解决方案。

西门子SIMOVE AGV系统平台能够帮助AGV制造商和最终用户能够“开箱即用”地自动化他们的AGV应用程序，其特点如下：

§   基于西门子自动化和驱动组件的成熟自动化概念

§   将不同供应商的AGV轻松集成到一个通用车队管理系统中

§   开放的第三方集成接口，如导航、驱动器和传感器

§   支持各种导航和定位系统，如固定轨道、激光制导和RTL

§   基于工业标准的通信，如TCP/IP和PROFINET

§   故障保护和非故障保护数据的同时WIFI通信

 

SIMOVE AGV包含以下功能模块：

§   移载控制自动化软件库

§   用于主控的车队管理软件

§   导航软件

§   维护软件应用程序

§   接口规范

§   含推荐硬件的部件清单

§   系统描述和用户指南

§   为AGV制造商和最终用户提供手把手培训

 

西门子SIMOVE AGV系统整体解决方案提供完整的软硬件支持，下图是推荐的硬件列表，包括PLC+IO、IPC、驱动、通信、安全、电池以及HMI（人机界面）。

 

1. 移载控制包括，包括驱动控制，安全集成等

基本功能

通信

路径管理

驱动机构

能源供应

安全功能

2. 主控管理包括可视化，路径规划，车队管理等，可基于PLC或PC来实现

订单管理

路径规划

工厂和路径可视化

机器安全

诊断

与外部过程控制的互连

 

3. 导航控制包括寻址、定位、装卸载管理等

装卸载功能：定位、路线跟踪、避障

地图管理

路线管理

 

SIMOVE提供了一个用于KPI监控的仪表板，用于确定每个AGV的最佳调度顺序、包括每个AGV的状态和位置的路线信息、系统警报和设备图。它将多个AGV学科整合在一个统一的系统，在一个统一的硬件平台上实现自动化和导航的结合；使用适当的操作系统，如Linux，用于基于PC的导航和PLC上的控制，以实现自动化；支持PROFIsafe安全集成。

3、Plant Simulation虚拟调试SIMOVEAGV系统

   

大家知道，制造业面对着越来越激烈的竞争，产品变得越来越复杂，种类也越来越多，响应地，产品的生产制造过程也越来越复杂，需要更柔性化的生产方式面对瞬息万变的市场需求。而AGV可以帮助企业将刚性生产线转变为柔性化生产方式，但AGV系统本身就是一个复杂的系统，更不用说还要连接到复杂的生产过程中；因此，在实际AGV系统实施部署前，在虚拟环境中利用数字化双胞胎模型对AGV系统方案和业务场景进行测试和仿真验证是十分必要和有益的。

西门子Plant Simulation是对生产过程和物流系统进行建模仿真的专业工厂仿真软件工具，用于创建工厂生产物流系统的数字化双胞胎模型，对其进行仿真、分析和优化，洞察系统特征并优化其性能。Plant Simulation具有面向对象的三维建模功能和强大的随机数理统计分析功能，内置丰富的基本对象和应用对象库；在不中断生产的前提下或在实际生产系统安装前，进行系统建模、运行仿真试验和假设预案，运用内置的强大分析和优化工具评估各种生产方案。

Plant Simulation可以仿真各种规模的工厂和生产线，可以对各种生产物流系统的生产节拍、批量、生产单元、物料配送等进行仿真、分析和优化。可以在考虑不同大小的订单与混流生产的复杂情况下优化生产布局、资源利用率、产能以及整个物流和供需链。

Plant Simulation具有开放的系统架构，提供了与外部数据平台交互的一系列数据接口，通过这些接口和集成能力，可以建立Plant Simulation与外部的数据以及数据库系统之间的信息通道，实现仿真模型与外部数据以及系统的信息集成。

Plant Simulation带有PLCSIM_Advanced接口对象，可以在仿真模型和PLC之间交换数据。使用PLCSIM Advanced接口对象，可以使用TIA Portal中的STEP7配置CPU，对应用程序逻辑进行编程，然后将硬件配置和程序加载到虚拟控制器中，运行程序逻辑，观察输入和输出的仿真效果，对程序进行验证和优化。

西门子SIMOVE AGV系统平台是以PLC为基础，基于TIA Portal软件平台的自动化解决方案；Plant Simulation通过PLCSIM_Advanced接口对象可以很容易地实现与SIMOVE AGV系统集成，在虚拟环境中进行业务场景设计和测试，无需进行物理原型就可以查看、测试各种场景、环境和变量；及时响应和展示工程更改带来的影响；在实际系统安装前进行虚拟调试，提前发现问题解决问题，缩短现场调试时间，加快系统实施速度。 下面通过一个示例介绍Plant Simulation如何对SIMOVEAGV系统进行虚拟调试的过程和步骤。

创建PLCSIMAdvanced实例, 命名如：Simove_MC

在TIAPortal中检索并打开本AGV系统的PLC项目（已预先建好），如下所示：

在TIAPortal中下载AGV系统的主控程序PLC代码到PLCSIM Advanced实例：

从TIAPortal启动WinCC HMI仿真：

打开本AGV系统的Plant Simulation模型（已预先建好），如：

Plant Simulation模型中包括了物料流和AGV路径布局。

在PlantSimulation中通过PLCSIM_Advanced接口对象激活PLCSIM Advanced的连接；初始化后，AGV被放入车库，仿真停止。

从EventController中启动仿真，PLC中的主控程序现在可以控制仿真模型中的AGV了。

虚拟验证：AGV管理系统功能验证。仿真运行时在HMI上同步显示AGV位置监控的详细信息，同时显示与工作站点的通信状况信息。

虚拟验证：通过HMI与AGV系统交互，向仿真发送命令运行仿真，以验证自动化系统。如在本例中，在HMI中选中AGV1，按下维护键，AGV1将进入维护区域；在Plant Simulation模型中，AGV1将进入维护区域。

虚拟验证：从仿真模型向自动化系统发送信号来验证PLC代码。如在本例中，一旦AGV1达到IP40（维护区域），在HMI中可以看到，外部信号丢失，该信号对应于AGV上的脚踏开关；在Plant Simulation中，按下Maintance completed按钮，AGV1维护完成将被释放进行正常工作。

另外，使用Plant Simulation AGV模型，还可以执行“What-If”假设分析并对AGV系统的以下问题进行分析优化：

AGV的最佳控制策略是什么？ 需要多少辆AGV？ 太多的AGV会互相阻塞吗？

4、小结

西门子SIMOVE AGV系统应用解决方案是西门子自动化产品组合的一部分，使用标准自动化组件以及模块化和预先定制的应用软件，简化AGV系统的应用编程和实施，通过开放的接口实现与其他系统的集成。 Plant Simulation具有强大的建模仿真能力，构建AGV系统数字化双胞胎模型真实反映生产物流系统的实际状况并进行仿真优化；通过PLC Sim Advanced对AGV系统进行虚拟调试，在虚拟环境中验证SIMOVE AGV管理功能、控制逻辑和运动能力。 总之，西门子SIMOVEAGV系统平台极大简化了AGV系统的设计和工程工作；帮助企业将传统的物料输送设备和装配线组件快速升级到柔性数字化生产线，逐步转型为智能数字化工厂。

审核编辑：刘清