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在西门子 PLC 控制多台环循穿梭车系统中，防撞与排队算法是核心安全逻辑，需兼顾 “实时性（毫秒级响应）”“可靠性（避免误触发）” 和 “效率（减少等待时间）”。以下基于基于西门子 S7-1200/1500 PLC（支持结构化编程与 FB 块复用）的完整方案，包含硬件架构、防撞核心逻辑、排队调度算法、程序实现示例四部分，适用于环形轨道（单轨双向 / 双轨单向）场景。

一、系统硬件架构与防撞基础设计

环循穿梭车（简称 “AGV” 或 “穿梭车”）的防撞核心是 “空间分区 + 状态互锁”，需先明确硬件配置与轨道分区规则：

1. 硬件核心组件（以 S7-1500 为例）

2. 轨道分区规则（关键！避免空间重叠）

将环形轨道（总长 L）按 “穿梭车最大长度 + 安全冗余” 划分为 N 个独立物理分区（如轨道总长 100m，每台穿梭车长 2m，安全冗余 1m，则分区长度设 3m，共 34 个分区），规则：

• 每个分区同一时间仅允许 1 台穿梭车占用（“分区占用锁” 逻辑）；

• 穿梭车移动时，需提前申请 “目标路径上的所有分区”，申请成功后才能启动；

• 若目标分区已被占用，触发 “排队等待”，优先让 “路径短、优先级高” 的车辆通行。

二、防撞核心逻辑（三层防护机制）

采用 “预碰撞检测→实时距离监控→硬件急停” 三层防护，确保无遗漏：

1. 第一层：预碰撞检测（路径预申请）

在穿梭车启动前，PLC 先校验 “目标路径是否冲突”，核心是 “分区占用表” 与 “路径规划” 的匹配：

• 分区占用表：用 PLC 的全局 DB 块（如 DB100）存储每个分区的状态，结构如下：

  变量名	数据类型	说明	示例值
  DB100.Part[1].Occupy	BOOL	分区 1 是否被占用（TRUE = 占用）	FALSE
  DB100.Part[1].CarID	INT	占用分区 1 的穿梭车 ID（0 = 未占用）	0
  DB100.Part[1].Dir	BOOL	占用车辆的行驶方向（TRUE = 顺时针）	TRUE

• 路径预申请流程：

• 若所有分区未占用：标记这些分区的Occupy=TRUE、CarID=A的ID，允许 A 启动；

• 若存在已占用分区：拒绝启动，将 A 加入 “排队队列”。

1. 穿梭车 A 发送 “启动请求”（含自身 ID、当前分区、目标分区、行驶方向）；

2. PLC 根据 “当前分区→目标分区” 的路径，计算需占用的所有分区（如从分区 5 顺时针到分区 10，需占用 5、6、7、8、9、10）；

3. 遍历 “分区占用表”，检查这些分区是否已被占用：

2. 第二层：实时距离监控（动态防撞）

穿梭车运行中，PLC 实时监控 “前后车距离”，避免因位置检测延迟导致碰撞（适用于分区边界附近的动态场景）：

• 距离计算：通过激光传感器采集每台穿梭车的实时位置（如车 A 位置 Pos_A，车 B 位置 Pos_B），计算环形轨道上的 “最短距离”（环形轨道需区分顺时针 / 逆时针方向的距离）：

  plaintext

  若轨道总长为L，两车位置分别为Pos_A、Pos_B：
  顺时针距离 = (Pos_B - Pos_A) MOD L
  逆时针距离 = (Pos_A - Pos_B) MOD L
  最短距离 = MIN(顺时针距离, 逆时针距离)

  
  

• 安全距离阈值：根据穿梭车最大速度设置（如最大速度 1m/s，制动距离 0.5m，安全冗余 0.3m，则阈值设 0.8m）；

• 触发逻辑：若最短距离＜安全距离阈值，PLC 立即向 “后车” 发送 “减速 / 停止指令”，同时向前车发送 “保持速度” 指令（避免前车减速导致距离进一步缩小）。

3. 第三层：硬件急停（终极防护）

当 PLC 检测到 “预碰撞 / 实时距离” 逻辑失效（如传感器故障、通信中断），触发硬件急停：

• 故障判断条件：

1. 激光传感器信号丢失超过 500ms（视为位置检测失效）；

2. Profinet 通信中断超过 1s（视为车车通信失效）；

3. 实时距离＜0.3m（危险距离，制动已无法避免）；

• 执行动作：PLC 通过 “急停输出模块”（如 ET200SP 的 DO 模块）直接切断穿梭车的驱动电源，同时触发声光报警。

三、排队调度算法（效率优先 + 优先级适配）

当多台穿梭车申请冲突时，需通过排队算法优化通行效率，推荐 “最短路径优先 + 动态优先级” 算法，兼顾效率与特殊需求：

1. 排队队列结构（全局 DB 块管理）

用 PLC 的全局 DB 块（如 DB200）建立排队队列，存储待通行车辆的核心信息：

2. 调度优先级规则（按权重排序）

PLC 每隔 100ms 对排队队列进行一次排序，选择 “权重最高” 的车辆优先通行，权重计算逻辑：

plaintext

权重 = (6 - Priority) * 1000 + (1000 / (PathLen + 1)) + (1 / (当前排队时间 + 1))
# 说明：
# 1. 优先级越高（Priority越小），权重基数越大（如Priority=1→5000，Priority=5→1000）；
# 2. 路径越短（PathLen越小），权重越高（避免长路径车辆占用轨道过久）；
# 3. 排队时间越长，权重略增（避免某辆车长期等待）。

3. 动态释放机制（提高轨道利用率）

当某台穿梭车到达目标位置后，PLC 立即释放其占用的所有分区，并重新触发排队队列排序，让下一辆权重最高的车辆启动，流程：

1. 车 A 到达目标分区，向 PLC 发送 “到位信号”；

2. PLC 遍历 “分区占用表”，将CarID=A的ID的分区标记为Occupy=FALSE、CarID=0；

3. 检查排队队列，按权重排序后，向排名第一的车 B 发送 “启动许可”，并标记其目标路径的分区为占用。

四、程序实现示例（西门子 S7-1500 ST 语言）

采用 “功能块（FB）” 结构化编程，将 “防撞检测”“排队调度” 封装为独立 FB，便于复用与调试。以下是核心 FB 的实现代码：

1. 防撞检测 FB（FB100：CollisionDetection）

西门子PLC穿梭车防撞检测FB

V1

创建时间：22:54

2. 排队调度 FB（FB200：QueueScheduler）

西门子PLC穿梭车排队调度FB

V1

创建时间：22:54

五、关键调试与优化要点

1. 安全距离校准：
   实际调试时需通过 “空载测试” 校准安全距离 —— 让两台穿梭车以最大速度对向行驶，记录制动距离，在此基础上加 30% 冗余作为最终安全距离（避免负载变化导致制动距离增加）。

2. 通信延迟补偿：
   Profinet 通信存在毫秒级延迟（通常 1~5ms），需在 “实时距离监控” 中加入 “延迟补偿”：将检测到的距离减去 “速度 × 延迟时间”（如速度 1m/s，延迟 5ms，补偿 0.005m），避免因延迟导致误判。

3. 优先级动态调整：
   可根据 “任务类型” 动态修改优先级（如 “紧急补货任务” 的穿梭车优先级设 1，“普通转运任务” 设 3），通过 HMI 或上位机发送优先级修改指令，PLC 实时更新CarPriority数组。

4. 故障自恢复：
   在程序中加入 “故障复位逻辑”—— 当传感器故障恢复后，PLC 自动清除急停指令，重新检测分区占用状态，若路径无冲突，允许穿梭车继续运行（避免人工干预）。

六、适用场景扩展

• 双轨单向场景：环形轨道分为 “上行轨” 和 “下行轨”，无需考虑对向行驶冲突，仅需在同轨道内按 “前后车距离” 防撞，排队算法可简化为 “先到先得”；

• 多岔道场景：在岔道口增加 “道岔占用锁”，穿梭车通过岔道前需申请 “道岔分区”，与主轨道分区逻辑叠加，避免道岔切换时的碰撞。

若你需要某类特定场景（如双轨、多岔道）的详细逻辑，或需补充 HMI 界面设计、上位机通信（如与 MES 系统对接），可告诉我具体需求，我会进一步优化方案！

中央监控系统

中央监控系统（Central Monitoring System，CMS）是一种通过集中化硬件设备、软件平台及网络架构，对特定区域、设备或流程的运行状态、安全情况、数据信息进行实时采集、传输、分析、预警与远程控制的综合管理系统。其核心目标是实现 “可视化监控、集中化管理、智能化预警”，广泛应用于工业生产、智能建筑、交通枢纽、安防安保等领域。

一、中央监控系统的核心组成

系统通常由 “前端采集层、传输网络层、中心控制层、应用呈现层” 四层架构组成，各层功能明确且协同工作：

二、中央监控系统的核心功能

不同场景下的系统功能有所侧重，但核心能力可归纳为以下 5 点：

1. 实时监控与可视化呈现

• 对监控对象进行 “全天候、无死角” 实时监测，例如：工业场景中显示生产线设备的转速、温度、故障状态；安防场景中实时调取各区域摄像头画面；智能建筑中监控电梯运行、空调能耗。

• 通过 “组态界面、电子地图、数据仪表盘” 将复杂数据转化为直观图表（如折线图、柱状图、指示灯），支持 “多画面分割”（如大屏同时显示 16 路监控视频）。

2. 数据采集与存储管理

• 支持多种协议的数据采集（如 Modbus 用于仪表、onVIF 用于摄像头、Profinet 用于工业设备），兼容模拟量（如电流 0-20mA）、数字量（如开关信号）、视频流等多种数据类型。

• 对历史数据进行 “定时存储、分类归档”，存储介质通常为硬盘阵列（RAID）或云存储，满足数据备份与追溯需求（如查询某设备上周的温度波动记录）。

3. 智能预警与告警联动

• 本地告警：声光报警器响、显示器弹窗、操作台指示灯闪烁；

• 远程告警：短信、APP 推送、邮件通知管理人员；

• 预设 “阈值告警规则”，当数据超出正常范围时（如设备温度＞80℃、门禁非法闯入），系统自动触发告警：

• 支持 “告警联动”，例如：门禁非法闯入时，自动触发附近摄像头聚焦、开启现场照明、联动门禁锁死。