canbus总线在AGV小车的应用

canbus总线在AGV小车的应用

常文明

河南中烟工业有限责任公司生产制造中心黄金叶河南郑州450000

摘要：随着烟草工业立体仓库的快速发展和烟草物流行业柔性保供的生产需求，AGV（AutomatedGuidedVehicle）作为调度和配送离散型烟草物流系统的核心设备，得到了长足的发展。canbus作为一种同样快速发展总线技术，已在运动控制领域得到广泛的应用，本文将从canbus总线技术结合AGV运动控制系统，通过对工作方式的改进进行探讨，对canbus总线网络在烟草物流行业的发展前景进行了合理的预测。

关键词：canbus总线；AGV；运动控制系统；烟草物流

1canbus总线的现状

作为CAN标准的一种典型的应用，canbus（ControLLerAreaNet-workBus）总线是现代制造企业中最为常见的几种连接现场设备、进行工控网内广播的串行总线系统。该总线最初由美国通用汽车公司（GM）提出并应用于汽车工业中，在随后的技术发展过程中已广泛地出现在制造自动化行业中。

canbus总线的信号传输采用短帧传输，帧的数据场较短小于8字节，数据长度在控制场中给出，降低了出现错误的概率。其采用了双绞铜线为传输介质，可外接终端多达110个，报文标识可达2032种，传输速度最高可达1Mbps/40m，直接传输长度最长可到10km/kbps。当终端出现故障时，具有自动断点功能以中断该终端与其他终端的连接，使总线上的其它终端及其连接不受影响，具有较强的抗噪能力。canbus总线能够进行多主方式工作，工业网上任何终端都可以随时向其它终端主动传送信息，能够进行点对点、点对多和全局广播方式来接收和发送信息。它采用数据链路层协议采用对等式（P2P）损伤仲裁方法的通信方式，即使主机出现故障，系统其余部分仍可进行较高效率地运行，当一个站点状态改变时，它可广播发送信息到所有站点。

canbus总线网络与计算机网络相比，计算机网络模型可以分为七层，由高到低分别为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层；但canbus总线网络通信模型只有三层，由高到低分别为应用层、数据链路层和物理层，其中canbus总线标准只描述了其中的物理层和数据链路层，其上面所对应的应用层协议则需要根据用户的功能去自行描述。

canbus总线物理层的介质一般为双绞线，线端与节点的两个接口分别相连，其中一端为CAN_H，另一端为CAN_L，为了避免信号失真，传输信号的时候一般采用的传输方式为差分信号的方式来进行传输，具有较强的抗干扰能力，能够适用于应用环境比较差的工业现场。canbus总线上的电平逻辑如图所示：

图canbus总线电平逻辑示意图

在现在的烟草物流行业，canbus总线的应用十分广泛，常见于工业以太网的建设、各种大型的物流设备（机械臂、堆垛机、分拣流水线等）的运动控制中，相较于其他类型的总线，canbus总线以其可以减少布线成本、抗干扰能力强、数据稳定性好等优点恰好契合了烟草行业分布式生产、集约式仓储和离散式物流的独有模式。同时，canbus总线能够在较高的效率支持烟草行业的分散实时控制系统不需要设置设备地址号或是站台号，而是通过信息优先级来进行区分，相较之其他工业控制领域的传输技术，更有利于实现技术的提升和行业信息化的改变。

对于烟草物流行业来说从行业视角来定位各个岗位的社会分工，在定位和功能上不能简单满足于烟草的日常配送，或者说只是停留在简单的程序化的功能实现，即便不考虑对于烟草物流当前和长远的效率的影响，也需要充分提高物流配送效率来提高在生产经营中的所处的地位，这时重视和加强烟草行业的技术水平就显得十分必要。

2AGV技术的现状

自动引导车AGV（AutomatedGuidedVehicle）是指配备有电磁或光学导引装置能够按照预设的行进路径进行运输的自动化小车，它同时还应可以在无人工干预的情况下自行完成各种给定的任务。AGV技术是一项集导航技术、通讯技术、控制技术、电池技术、驱动技术等组成的有机控制系统，是机器人技术的一个应用，所以有时也被称为自引导机器人。随着车辆工程技术与机器人视觉技术的快速发展，AGV技术已经广泛应用于烟草业生产辅助、定向运输和自动仓库等领域。

近年来，研究多AGV协同技术是AGV技术的一个重要的发展方向，为了避免在协作过程中的过度调度和运力的浪费，就需要一套合适的AGV调度算法和AGV运动控制系统。为了研究AGV协同技术就必须建立合适的应用场景模型和任务派发策略，同时，多AGV协作的模式现在分为两大类，一类是集约式的协同模式，另一类是分散式的协同方式。集约式的的模式里，除了派发任务的接入口外还存在一个统一的控制中心，能够统一管理每一台AGV；而分散式的模式里，则需要AGV自行根据与环境和其他AGV的交互进行合适的反应。

在AGV运动控制系统里，定位系统是引导系统的基础，一般常见的是电磁或光学导引装置，其中电磁式制导精确但却容易受到环境的影响，且不容易进行更改或扩建；而光学式的铺设和改进方式简单但制导需要多组地理标识进行引导，所占空间较大。除此之外也有使用声波进行制导的技术。

AGV的路径规划问题包括环境建模和路径搜素策略两个方面。环境建模是使用抽象化的机器可识别的计算机符号描述AGV所使用的环境，相当于给了AGV一份带有标识的“战略地形图”。而路径搜索策略则是纯粹的数学问题，需要通过数学中图论来求出代价最小的完成任务的路径和回归路径，有时还需要对充电水平进行评估，使AGV在合适的时候进行充电，以满足对烟草生产和深化革新的需求。

3canbus总线与AGV

在AGV的运动控制方面canbus总线有着非常重要的作用，因为其的高效和可靠性，使得AGV系统能够实时对运行状况进行评估。例如控制AGV转向的重要部件，转向编码器能够通过8位的canbus总线报文系统对转动距离、单圈分辨率、转向动能等信息及时与控制单元进行交互，使得转向动作平稳进行。

除此之外，在适用于烟草行业的集约式AGV控制系统中，canbus总线还可以实时将AGV管理中心的数据和指令及时发送给节点PLC，使得PLC能够根据相应AGV的状态进行相关的动作，比如闸门系统的开合、输送系统的连续供给等。

按照控制与信息流的数据走向，canbus总线能够在实时烟草物流领域的信息采集、控制管理、任务调度，信息存储等方面带来长足的改变，在未来的技术领域，大力发展和应用canbus总线技术及其后续技术将为烟草物流行业带来无法估量的经济收入和技术影响。

参考文献：

[1]赵国栋.基于CAN总线激光引导AGV车载控制系统研究[D].湖北，湖北工业大学，2016

[2]彭超.基于CAN总线的AGV实验平台的研究[D].安徽，合肥工业大学，2005

[3]尹康熙.基于CAN总线的AGV车载控制系统研究与实现[D].沈阳，东北大学，2009