基于现场总线的基于现场总线的仓储仓储技术技术1 1n n自动化立体仓储的概念自动化立体仓储的概念n n基于现场总线的仓储技术试验台基于现场总线的仓储技术试验台 1 1系统配置综述系统配置综述系统配置综述系统配置综述 2 2系统结构及组成系统结构及组成系统结构及组成系统结构及组成 操作和监视系统主要组成及作用操作和监视系统主要组成及作用 通讯总线系统通讯总线系统 过程控制单元过程控制单元2 2 一、自动化立体仓储一、自动化立体仓储一、自动化立体仓储一、自动化立体仓储概念概念 自动化立体仓储是在自动化立体仓储是在自动化立体仓储是在自动化立体仓储是在不直接进行人工处理不直接进行人工处理不直接进行人工处理不直接进行人工处理的情况的情况的情况的情况下能下能下能下能自动自动自动自动存储和取出物料的系统。存储和取出物料的系统。存储和取出物料的系统。存储和取出物料的系统。特点特点特点特点 高层货架存储高层货架存储高层货架存储高层货架存储：使仓库面积得到充分的利用，存储量：使仓库面积得到充分的利用，存储量：使仓库面积得到充分的利用，存储量：使仓库面积得到充分的利用，存储量可达普通仓库的可达普通仓库的可达普通仓库的可达普通仓库的5-105-10倍。倍。倍。倍。 自动存取自动存取自动存取自动存取：运用机械和自动化设备，实现了自动存货：运用机械和自动化设备，实现了自动存货：运用机械和自动化设备，实现了自动存货：运用机械和自动化设备，实现了自动存货和自动取货的功能，既提高了存取的效率，同时还和自动取货的功能，既提高了存取的效率，同时还和自动取货的功能，既提高了存取的效率，同时还和自动取货的功能，既提高了存取的效率，同时还能保障仓储管理人员的安全。能保障仓储管理人员的安全。能保障仓储管理人员的安全。能保障仓储管理人员的安全。 计算机控制计算机控制计算机控制计算机控制：采用计算机控制能有效防止信息处理的：采用计算机控制能有效防止信息处理的：采用计算机控制能有效防止信息处理的：采用计算机控制能有效防止信息处理的误差，同时还可以帮助控制库存水平。误差，同时还可以帮助控制库存水平。误差，同时还可以帮助控制库存水平。误差，同时还可以帮助控制库存水平。3 3 立体仓储示意图4 4包括货物存储系统、货物输送与存取系统、控制与管理系统、包括货物存储系统、货物输送与存取系统、控制与管理系统、包括货物存储系统、货物输送与存取系统、控制与管理系统、包括货物存储系统、货物输送与存取系统、控制与管理系统、消防警报系统、公用设施系统、称重及尺寸检测系统。消防警报系统、公用设施系统、称重及尺寸检测系统。消防警报系统、公用设施系统、称重及尺寸检测系统。消防警报系统、公用设施系统、称重及尺寸检测系统。5 5n n仓储技术试验台, 它集货物存储、提取、分 配、输送于一体 实现了全系统集成智能化作业。 综合运用了光电定位、变频调速、条码识别、网络通讯技术和机械手自动存储货物技术, 涉及到自动化、计算机、网络通讯、驱动与监测等诸多先进技术领域。二、基于现场总线的仓储试验台6 6n n它的它的控制系统控制系统采用了集散式采用了集散式( (分布式分布式) ) 控制方案。控制方案。n n分别用小型分别用小型PLCPLC控制器来控制试验台各部分的动作控制器来控制试验台各部分的动作, , 然后通过搭建现场总线网络来实现上位然后通过搭建现场总线网络来实现上位PC PC 机机( (主主站站) ) 与多台小型与多台小型PLCPLC控制器控制器( (从站从站) ) 间的数据通讯。间的数据通讯。n n利用利用W inCC W inCC 组态的监控界面来实现条码识别、实组态的监控界面来实现条码识别、实时动态画面显示、数据报表打印、历史回顾等多时动态画面显示、数据报表打印、历史回顾等多项功能。项功能。n n实现实现PLC PLC 与与PLCPLC之间、之间、PLC PLC 与监控计算机之间数据与监控计算机之间数据无缝传递和交换无缝传递和交换, , 满足数据传输的实时性、准确满足数据传输的实时性、准确性和可靠性性和可靠性, , 确保系统可靠运行。确保系统可靠运行。7 78 8n该试验台由堆跺机、机械手和辊道三部分采用了分布式控制构 ,PLC作为试验台的各个部分的控制单元。为了实现各控制单元间的数据通讯, 各个PLC 都通过EM277 (扩展从站模块) 将S7- 200连接到PROFIBUS- DP网络中成为从站。 9 9系统结构及组成n n试验台系统采用了集散式(分布式) 控制结构。n n试验台系统以上位机为核心, 在该PC 机上装有一块CP5611网卡。控制堆跺机、机械手和辊道输送机的n nPLC间通过EM277与上位计算机间采用PROFIBUS- DP 网连接, 并与远程I/O 连接。 1010柜体之间通过PROFIBUS电缆互联。每个控制柜中，PROFIBUS主站采用西门子315-2DP，同时使用CP342-5连接PC机，把数据信息上传给WINCC数据库。315-2DP的DP接口用于监控变频器，条码扫描器和红外通讯设备。 11111 操作和监视系统主要组成及作用。 n过程显示以满屏方式出现在显示器上。通过键盘和鼠标经过视窗进行所有的操作和进入各具体操作层, 如选择堆跺机目标货位、出/入库、屏幕开关、通过人机接口实现系统参数组态和系统故障诊断等。1212 Wincc 监控界面1313操作和监视系统主要组成及作用 n n主要组成有控制面板、报警和事件打印机、实时监控界面n n主要作用除了顺序控制和联锁外,所有重要的任务如堆跺机位置的监视、管理、控制及现场各传感器信息的实时采集和管理都由监视系统实现。使操作人员能在主控上位机上监视整个生产过程, 完成设定值设定, 并在突发情况下为操作人员提供快速干预, 实现系统全面监视与控制。1414如何通过总线实现上述功能的呢？n nw inCC w inCC 通过视窗控制中心的过程驱动软件与通过视窗控制中心的过程驱动软件与PLC PLC 通讯通讯, , 访问访问PLC PLC 中的过程变量。中的过程变量。n nPLCPLC向上位计算机传递设备的实时状态向上位计算机传递设备的实时状态, , 接受并执接受并执行上位计算机的实时控制指令。监控站以交互形行上位计算机的实时控制指令。监控站以交互形式进行各类画面的调用与切换式进行各类画面的调用与切换, , 完成过程控制功完成过程控制功能能, , 提供系统启动、货物落料、出提供系统启动、货物落料、出/ /入货等运行参入货等运行参数设定数设定, , 显示货物颜色、重量和条码等信息、故显示货物颜色、重量和条码等信息、故障报警信息、报表打印记录障报警信息、报表打印记录, , 尤其是堆跺机、辊尤其是堆跺机、辊道输送机、机械手运行时的实时位置动画显示。道输送机、机械手运行时的实时位置动画显示。1515( 2) 通讯总线系统。 n通讯总线系统采用PROFIBUS网络，用于系统组件之间数据流的传输和协调, 完成工作站之间、所有PLC站之间、上位计算机之间的数据通讯。由智能接口和标准软件支持。在此为了实现PLC与PLC之间、PLC与远程I/O 之间、上位机与PLC。1616为什么用为什么用PROF IBUS- DPPROF IBUS- DP？n nPROFIBUSPROFIBUS满足了生产过程现场总线数据可存取性满足了生产过程现场总线数据可存取性的要求。一方面它覆盖了传感器的要求。一方面它覆盖了传感器 / /执行器领域的执行器领域的通信需求通信需求, , 另一方面又具有单元级领域的所有网另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。特别在分散络通信功能。特别在分散 I/O I/O领域领域, , 由于有大量的由于有大量的种类齐全的、可连接的现场设备可供选用种类齐全的、可连接的现场设备可供选用, PROF , PROF IBUSIBUS己成为事实上国际公认的标准己成为事实上国际公认的标准n n是用于现场层的高速数据传送的通信要求而特别是用于现场层的高速数据传送的通信要求而特别设计的。使用设计的。使用RS- 485RS- 485双绞线或双线电缆就可将任双绞线或双线电缆就可将任何支持何支持PROFIBUS- DP PROFIBUS- DP 通讯协议的设备很容易地通讯协议的设备很容易地集成到集成到PROFIBUS- DP PROFIBUS- DP 网络中网络中 1717n n试验台控制系统中试验台控制系统中, , 在一台普通在一台普通PCPC机中装有一块机中装有一块CP5611CP5611网卡网卡, , 它和三个它和三个S7 - 200S7 - 200的的PLC (PLC (各带一个各带一个EM 277EM 277从站模块从站模块) ) 一起构成一起构成PROF IBUS- DPPROF IBUS- DP网。网。该该PCPC机中装有机中装有CP 5611CP 5611网卡作为网卡作为DPDP网的一类主站网的一类主站, , 其余三台其余三台PLC (PLC (带带EM277EM277从站模块从站模块) ) 作为作为DPDP网从站。网从站。上位计算机与下位上位计算机与下位PLC ( CPU226) PLC ( CPU226) 间通过间通过PC /PP IPC /PP I编程电缆相连编程电缆相连, , 三个三个PLC PLC 间通过间通过PROF IBUS- DP PROF IBUS- DP 专用通讯电缆相连专用通讯电缆相连, , 组成现场总线工业控制网络。组成现场总线工业控制网络。至于其它设备如至于其它设备如VS 800VS 800立式扫描器和立式扫描器和MM420MM420变频变频器则分别通过条码扫描器器则分别通过条码扫描器PROFIBUSPROFIBUS总线桥和总线桥和PROFIBUS- DPPROFIBUS- DP接口模块接口模块( (变频器专用变频器专用) ) 接入接入DPDP网网也成为上位监控机的从站。也成为上位监控机的从站。1818( 3) 过程控制单元 n n该试验台基本的过程控制单元就是PLC, 其主要组成: 供电单元、中央控制单元( CPU )、数字输入/输出模块、模拟输入/输出模块、PROF IBUS - DP 扩展从站模块( EM 277 ) 1919nplc功能是采集各现场操作、检测元件发来的设备运行状态信息, 并根据仓储物流要求对信息进行记录处理, 同时将需要的数据和信息传送出去, 并发出控制命令, 完成对所有机械设备的传动控制及过程控制。2020如何控制？n n通过数字输入模块采集各种限位开关动作信号，控制开关指令信号、有关接触器、继电器动作信号,经PLC内部程序进行设备动作的控制和运行保护联锁。由相应的输出模块分别对辊道输送机电气系统,堆跺机控制系统, 机械手控制系统, 气压控制系统,自动落料、加料系统等控制系统进行控制。 2121 运行效果 自投入运行至今, 仓储物流控制实验台各部分功能正常、运行稳定。PLC各种逻辑控制准确迅速, 位置控制平稳迅速, W inCC 组态系统实时监控及时准确, 历史数据维护管理效果良好, 实验软件各种功能正常, 从而提高了实验室自动化的控制管理水平。2222