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 随着AGV应用的越来越广泛,一些应用场景中需要AGV跨楼层物料搬运,研究设计AGV和智能电梯基于以太局域网的报文安全交互系统对AGV跨电梯作业有着重要的意义。

一、概述

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。

      AGV跨电梯作业涉及到特种设备,与电梯交互的设备需符合特种设备安全法的相关要求，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调度系统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调度系统、电梯、AGV、通信模块MOXA和无线局域网AP等。

AGV调度系统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。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调度系统和多台电梯之间的报文交互。

AGV调度系统和AGV之间通过无线局域网AP实现通信。AGV 调度系统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，如下图所示。

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，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系统和电梯交互流程为：AGV申请电梯登记→电梯反馈登记成功→AGV查询电梯所在楼层→电梯反馈所在楼层→AGV请求电梯开门→电梯开门保持→AGV进入/驶出电梯→AGV停止发送开门请求→电梯关门→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，如下图所示。

AGV进入电梯消息交互过程为：

① AGV到达电梯门口后，发送A轿内指令登记；

② 电梯回应轿内登记指令；

③ AGV轿内指令登记成功，发送查询电梯状态指令；

④ 电梯回应当前状态；

⑤ 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；

⑥ 电梯开门到位后，发送电梯就绪信号；

⑦ AGV开始驶入电梯，过程中不断发送开门请求指令；

⑧ AGV到达电梯内部后，停止发送开门请求指令；

⑨ 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，如下图所示。

AGV驶出电梯消息交互过程为：

① AGV进入电梯后，发送A轿内指令登记；

② 电梯回应轿内登记指令；

③ AGV轿内指令登记成功，发送查询电梯状态指令；

④ 电梯回应当前状态；

⑤ 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；

⑥ 电梯开门到位后，发送电梯就绪信号；

⑦ AGV开始驶出电梯，过程中不断发送开门请求指令；

⑧ AGV到达电梯外部后，停止发送开门请求指令；

⑨ 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，如下图所示。

三、AGV和电梯交互报文设计

AGV和电梯交互报文设计，如下图所示。

交互报文具体内容，如表1。

DATA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，如下表2所示。

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，如下图所示。

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

五、结论

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。