基于西門子PLC技術的工廠物流自動控制系統
http://www.debgrams.com 2009-01-16 09:19
物流自動控制系統主要是控制輸送系統完成其物料的輸送任務。在環繞庫房、生產車間和包裝車間的場地，距地面4至6米處，設置有由許多皮帶輸送機、滾輪輸送機等組成的一條條輸送鏈，經首尾連接形成連續的空中輸送線。在物料的入口處和出口處設有和路徑叉口裝置、升降機和地面輸送線。這樣在庫房、生產車間和包裝車間范圍內形成了一個既可順暢到達各個生產位置同時又是封閉的循環輸送線系統。所有生產過程中使用的有關材料、零件、部件和成品的等物料，都須裝在貼有條形碼的托盤箱里才能進入輸送線系統。在生產管理系統發出的生產指令的作用下，裝有物料的托盤箱從指定的入口處進入輸送系統。
此時，系統經過掃描托盤箱上的條形碼，查尋生產管理系統的生產指令并與之比較，可自動識別判斷出該托盤箱需要達到的目的地出口。系統將按照最佳路徑，控制啟動相應一系列輸送鏈、路徑叉口裝置和升降機，把該托盤箱自動輸送到指定出口。
因此，物流自動控制系統主要利用PLC控制技術，使系統按照生產指令，通過系統的自動識別功能和輸送系統，自動地和柔性地把托盤箱里的生產物料，以最佳的路徑、最快的速度，準確地從生產場地的一個位置輸送到另一個位置，完成生產物料的時空轉移，保證各種產品的生產按需要協調地進行和按需要迅速地變化。保證工廠設備和生產的高效率運行。在這個過程中，最佳路徑控制成為物流自動控制系統的技術關鍵，而系統其他部分則圍繞路徑控制進行相應工作。
物流控制的基本工作原理
物流自動控制系統以一臺西門子公司的PLCS7-300CPU318-2DP為核心，現場工業總線Profibus-DP網絡為基礎，ET200為主要控制模塊，構成的一個分布式控制系統。為了讓已進入輸送線的托盤箱能夠沿著正確的輸送路徑到達所需的目的地，控制系統在PLC里建立了一個實時數據庫管理系統。當某個托盤箱進入物流輸送線時，系統立刻在實時數據庫系統中為該托盤箱建立一條記錄，存放著該托盤箱的有關信息。
物流自動控制系統的工作過程主要分為以下幾個步驟：
1.生產管理系統中生產指令的產生
在輸送線的各入口處，操作人員按照生產計劃，把物料按種類裝入不同的托盤箱，再通過手持式條形碼激光掃描儀把這些托盤箱的條形碼輸入到生產管理系統中。生產管理系統對收到的每個托盤箱條形碼，依據生產調度計劃，立即產生一條該托盤箱的生產指令，并放入到生產指令表格中，以便物流自動控制系統查找。每條生產指令內容由三部分組成：該托盤箱上的條形碼代碼、該托盤箱在輸送線上的入口位置和出口位置。
2.物流入口處的查詢
當操作人員把準備好的托盤箱放入某入口處的滾輪輸送機時，托盤箱會運動到輸送機中間位置停下來，此時PLC控制該入口處固定式條形碼激光掃描儀，獲取該托盤箱的條形碼，并依此條形碼向上層生產管理系統的生產指令表格查詢該托盤箱。根據返回信息，可能會出現兩種情況：
a)該托盤箱在生產指令表格中不存在，或者存在但入口位置不符。說明此托盤箱是非法的，不該進入物流輸送系統，PLC會立即控制開啟入口處的聲光報警器，通知操作人員把此托盤箱從輸送機上手工搬走。
b)該托盤箱在生產指令表格中存在，并且入口位置相符。說明此托盤箱是合法的，系統可接受。一方面PLC控制入口輸送機繼續轉動，讓此托盤箱進入物流輸送系統；另一方面，PLC為此托盤箱在實時數據庫中建立一條記錄。條形碼寫入記錄第一部分。PLC根據生產指令中指明的此托盤箱的出口位置和實際輸送路徑，計算出路徑控制碼，并把該路徑控制碼寫入記錄第二部分。
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3.物流輸送的路徑控制
本物流輸送系統是按照一個方向單向輸送的，構成一個封閉的循環輸送線，基木上由主循環和次循環兩部分組成。分布在循環線上的路徑叉口分開控制裝置和路徑叉口合并控制裝置，控制著托盤箱從循環線分離進入支線和從支線進入合并進入循環線。對于已進人物流輸送線的托盤箱，為了到達指定的目的地出口，其輸送路徑的選擇，基本上是由輸送線沿線上路徑叉口分開控制裝置所控制。存在于實時數據庫中的托盤箱記錄，其中記錄第二部分-路徑控制碼規定了托盤箱到達目的地的路徑。按照輸送線和叉口分開裝置的實際分布情況，歸納形成路徑控制碼的代碼表。用這種路徑控制碼的方法可以保證作到，當托盤箱不管在輸送線上什么位置，只要沿著循環輸送線運行，只要依靠本身的路徑控制碼，通過條碼掃描儀的自動識別和系統判斷，總能找到該托盤箱的目的地出口。
4.物流出口處的控制
當該托盤箱在叉口分開裝置作用下從循環輸送線進入出口支線時，PLC會控制升降機把托盤箱引導到地面輸送線，送到目的地，使托盤箱退出物流輸送系統。同時PLC會調用功能塊，在實時數據庫中刪除該項托盤箱的記錄信息，并通知上層生產管理系統，該條生產指令執行完畢，該托盤箱已送到指定物流出口。
系統的PLC控制程序的結構:
采用STEP7語言編制PLC控制程序。該控制程序以清晰的線性模塊化方法體現出物流控制方式和結構。可分為以下部分：
1.運動設備控制
對所有皮帶輸送機、滾輪輸送機和升降機按照所需的模式運行，保證托盤箱在輸送線上能夠暢通連續運行。
2.輸送路徑控制
按照托盤箱的路徑控制碼，控制輸送線和叉口分開裝置，實現托盤箱輸送當中的路徑選擇。
3.自動識別系統的數據處理
把條形碼激光掃描儀和PLC的實時數據庫相結合，完成對輸送線上托盤箱的自動識別。
4.與上位生產管理系統的接口管理
主要處理與上位機的信息交換，包括通訊規約、報文格式、通訊編碼和解碼及診錯等。
5.實時數據庫管理系統
利用數據塊建立數據記錄存儲區，存儲托盤箱的記錄信息。利用功能塊實現對數據庫的操作，為輸送系統路徑控制提供依據。
6. WinCC監控的數據處理
配合WinCC監控，進行的數據處理，主要有報警處理、有關設備運行狀態的數據處理等。
為保證該系統正常可靠有效地運行，減少各種故障，采取了下列措施：1.可視化監控系統；2.輸送線的睡眠狀態方式；3.路徑合并控制；4.托盤箱輸送的均勻性。
從上述分析得知，為西門子上海移動通訊有限公司實施的工廠物流自動控制系統，實際上是系統在執行生產管理系統的生產指令中，利用PLC控制系統自動調節物料輸送的過程。系統通過控制輸送鏈運行和標準托盤箱的路徑選擇，把物料輸送延伸到庫房和生產線的各個環節，把庫房、生產車間和包裝車間有機地連接起來。在銜接人與工位、工位與工位、加工與存儲、加工與裝配、裝配與包裝等物流環節的同時，也具有物料暫存和緩沖的功能。因此，該物流自動控制系統經過調試和運行，其生產物料自動配送能力可以滿足各種產品的生產需求，可以滿足該公司的設備和生產的高水平和高效率運轉的。
基于PLC自動控制技術的物流自動控制系統是一個現代化工廠提高生產效率的有力措施。它把加工車間和專用倉庫融為一體，實現了生產物料輸送的自動化和柔性化，縮短了響應周期，降低了工位存儲，同時也提高生產過程中的自動化和柔性化。這個系統猶如不知疲憊的搬運工，嚴格按照指令連續不斷地進行物料輸送。所以，物流自動控制系統在生產制造和加工領域里，尤其是在大規模、高效率、連續生產的企業里，的確是一項值得推廣的技術。
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