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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateS7-300-在乳业仓储物流系统中的应用无刷双馈电机的电磁设计特点S7-300 在乳业仓储物流系统中的应用吴双，王斌（北京机械工业自动化研究所，北京市100011） The Application of s7-300 in Dairy Automated storage and retrieval system Wu Shuang， Wang Bin（BEIJING
2、RESEARCH INSTITUTE OF AUTOMATION FOR MACHINERY INDUSTRY, BEIJING 100011） 摘要：结合我们设计和实现的北京蒙牛仓储物流系统中管理与控制系统，描述了基于SIEMENS S7-300的系统组织结构并详细讨论了各个相关模块需要实现的具体功能。经过在现场的实际应用证明这种控制系统结构具有很高的可靠性和稳定性。关键词：自动控制自动仓储系统 可编程序控制器ABSTRACT: In the paper, we describe the constructions and framework of warehouse control sys
3、tem based on SIEMENS S7-300 PLC in AS/RS with MengNiu example we designed and realized that has been in use recently. We characterize the functions that each module should realize in details. The practical evidence shows that the structure of our warehouse management and control system has very high
4、 reliability and significant stability.KEY WORDS： Automatic control system; AS/RS; PLC-1 概述企业现代化生成规模的不断扩大和深化，使得仓储物流的自动化成为企业中的一个重要且不可缺少的环节。北京蒙牛分公司为了满足现代化生产与流通的需要，特委托我所建立一座以现代工业控制技术为主要手段的自动化仓储物流系统。2 系统组成北京蒙牛仓储物流系统的总体设计思路为“集中管理、综合与分片监控相结合、分散控制、减少人工”。底层设备控制系统可向上位管理调度系统上传现场生产设备状态、工艺数据和传递信息。上位管理调度系统可向下发布物
5、流调度信息，可采集生产现场的各种数据。本仓储系统包括链式输送机(LSJ)、移载机（YZJ）和提升机（TSJ）和穿梭车等诸多设备。土建结构上分上下两层，两层的输送机均与立体库相连接，一层主要负责出库发货及返空与回流。二层主要负责从南端的冷库通过环形轨道穿梭车运输到立体仓库，即进行入库作业；返回的空托盘通过提升机送到二楼后，也由穿梭车运送到立体库进行入库；同时空托盘出库作业也由二层的穿梭车系统完成。整个立库有十个巷道，在输送线上对应十个一层入库设备、十个二层入库设备、十个一层出库设备和两个二层出库设备，各个巷道的出入库货物积放存货不受相互影响。系统布局如下图1。图1系统布局示意图2.1 系统设计北
6、京蒙牛立仓储系统采用工业以太网和现场总线控制方式相结合的方式，现场总线协议采用PROFIBUS DP。整个控制系统的PLC选用功能强大可靠的SIEMENS公司的工控产品。整个系统建立了多条网络，其中以以太网为主要网络，网络名称为Ethernet_KQ，用现场总线的PROFIBUS DP来建立与智能穿梭车的通讯,堆垛机采用SIEMENS公司的CPU-314C 2PTP控制，库端设备采用SIEMENS的CPU-317 2DP控制。10个控制堆垛机的CPU-314C，一套控制库端输送设备的CPU-317组成网络。所有控制系统采用集中与分散结合、自动与手动相结合的控制方式使系统具有灵活的操作性，设计过
7、程既考虑了系统工艺要求，又确保操作控制方便自如。另外工业现场配有2个TP270触摸屏，用以显示各种状态及各种操作，建立多条网络，灵活地联接在一起，组成一个完整可靠稳定的控制系统。简单的布置和清晰的网络结构降低了系统的维护时间，为系统的扩展留出余地。整个系统的网络结构图如下：图2 系统网络结构图2.2地面输送系统现场设备主要集中在链式输送机(LSJ)、提升机（TSJ）、移载机（YZJ），它们由一套控制系统控制。控制柜由一个主控柜（G1）和远程I/O控制柜（G2）、（G3）和（G4）三个分控柜组成。控制柜内配置S7-317 PLC控制器，CPU-317是现场设备的控制通讯中枢，通过现场总线PROF
8、IBUS连接远程I/O控制柜（G2）、（G3）、（G4）和两个“TP 270”触摸屏，通过以太网TCP/IP协议完成上位计算机系统、监控系统、十台堆垛机和八台穿梭车的通讯，CPU-317它能够接收上位机指令，同时向上位计算机系统提供监控系统设备状态信息。地面站的主控柜，它是现场输送设备的控制通讯中枢，它联结总控网和分部式I/O控制柜以及触摸屏。具体网络结构如图21所示。图3 地面输送系统网络结构图主控柜系统由一条PROFIBUS网。S7-317 PLC上的PLC上的X2接口配置成PROFIBUS_FPC网络，波特率为187.5kbps，有3个从站，另外，这条PROFIBUS_FPC网络上挂有两
9、个触摸屏；S7-317机架上还带有三个远程I/OET200M，接入控制柜二、三和四的输入、输出点，使PLC完成远程控制；把S7-317机架上带模块配置成Ethernet_KQ网络,用于与堆垛机、穿梭车和监控系统等进行通讯。具体配置如图4所示。图4地面输送系统硬件配置图总线参数：PROFIBUS的波特率设置为187.5kbps； 总线站地址如下表1.该控制系统中的控制方式包括维修手动、触摸屏手动、监控手动和自动四种控制方式。在四种方PROFIBUS(zk)PROFIBUS_FPC站点名地址站点名地址地面站主PLC2触摸屏地址18远程I/O控制柜+G23触摸屏地址211远程I/O控制柜+G36远程
10、I/O控制柜+G410表1地面输送系统总线地址分配表式操作模式中，有一定的优先级顺序，维修手动级别最高；然后是触摸屏手动和监控计算机手动；最后是自动模式。对于本系统里的提升机和穿梭车，它们的控制柜上配有手动按钮，操作人员可以通过它们进入另一控制方式柜子手动。在主控柜上有一个触摸屏TP270，在触摸屏上可以对各段设备进行手动操作，升降台有上升和下降操作，回转台有链式机的正反转和转向的正反转，穿梭车有前进和后退，链式机的左转和右转操作。各种设备在该种方式下会自动停止、自动检测开关状态，出现异常时会自动报警显示。下图为某段设备的触摸屏操作页面图5触摸屏操作页面2.3 堆垛机自动化立体仓库内共有10个
11、巷道，每个巷道内有1台堆垛机，分别负责各自巷道内产品的入出库。每台堆垛机顶部有1台无线网桥，立库货架中间顶部有两台无线基站，负责各巷道堆垛机的通讯；管理系统的命令通过无线以太网络下发给堆垛机，同时堆垛机将反馈信息及实时状态传递给监控系统。堆垛机控制系统中, 上位机完成的只是数据输入传送及状态显示, 主要的控制任务是由PLC 来完成, PLC要完成的对堆垛机的控制任务主要有:( 1) 作业命令处理: 确定作业状态是自动还是手动; 确定作业指令是取存货入库还是存货出库; 确定作业地址包括列地址和层地址。( 2) 位置计数及判断: 沿着堆垛机的行进方向和载货台的升降方向设置认址片, PLC 通过检测
12、认址片来判断堆垛机位置和载货台位置。每经过一个认址片, 认址系统计数一次。到达预定认址片时, 堆垛机自动停车。( 3) 速度调整及准确停车: 根据堆垛机货叉与目标位置的距离, 输出速度调整控制信号给变频调速器, 在停车之前, 要先把机构的运行速度降至蠕动速度, 使机构以蠕动速度接近目标位置, 以便能迅速制动停车。( 4) 作业任务的顺序逻辑控制: 按照入库、出库的作业顺序, 确定各工步的转步主令信号以及各输出点的得电状态, 完成作业顺序的逻辑控制。( 5) 安全保护: 水平行走、载货台升降及货叉伸缩等都有限位保护。( 6) 此外还有工作故障报警等。每台堆垛机具有一套独立的控制系统（西门子PLC
13、 S7 314C-2PtP）、操作平台（各种动作开关按钮及1台触摸屏西门子TP170A）、通讯系统（西门子CP343-1通讯器及SYMBOL无线网桥）。操作柜如图6。堆垛机根据人工由手动操作面板上的按钮，单步执行各种动作。本方式可自动找到停准位置，并在堆垛机触摸屏上显示当前状态信息、故障信息。图6堆垛机操作柜2.4 穿梭车本系统共有八辆穿梭车，它们都位于二层的环线上，用于接送成品入库和返回空托盘，它们所完成的工作就是二层的出库和入库。在设计控制方案时，将八辆小车分别编号为C1、C2、C8。为了维修方便，系统设计时在轨道的中间位置为车设立了一个维修位置，任何一辆小车有比较大的机械或者电气故障时，
14、都可以将其运行到此位置，然后推出轨道进行维修。同时，剩余的7辆小车仍然可以继续进行作业。这样就大大提高了系统的稳定性，不至于因为维修设备而对出入库造成很大的影响。小车在修好之后，放回轨道中不一定要按照原来的排列顺序，比如原来的排列顺序为C1、C2、C3、C8，对车2进行维修，维修后的顺序可能变更为C2、C1、C3、C8，由此引出的问题是在程序上必须保证各辆小车在轨道上的排列顺序可以随意调换。解决方案：引入前车和后车的概念，如上例，调换前C2的前车为C1，C2的后车为C3，调换后C2的前车为C8，C2的后车为C1。在编写程序时，只考虑前车与后车来进行作业调度与速度控制，这样就可以保持各车的程序一
15、致了。具体编程方案为，8辆小车分别与输送系统PLC通讯，并将当前位置脉冲值上传，输送系统PLC将所有车的当前位置脉冲值传给每一辆小车，然后各车再根据设定的小车顺序来找出前车的信息，作为本车加速减速的依据。下图为穿梭车的作业执行程序流程图：图7穿梭车的作业执行程序流程图3 系统调试与总结本系统所选用的PLC兼采用SIEMENS S7-300系列的产品。1. 系统中各个设备的控制程序兼用结构化编程方式，由于10台堆垛机的控制类似，用step7 可以很方便的的将各个设备之间的控制程序进行移植。而8台智能穿梭车的逻辑比较复杂，用S7-300可以将重点转移到一个智能小车上进行集中调试，这样使项目进展非常
16、快速，极大的提高了调试效率。2. 由于系统比较庞大，现场在未安装完毕前，运用step 7中的PICSIM工具可以进行仿真调试，同时可以根据系统的需要进行人工的数据给定和信号模拟，非常方便，为后期在现场的实际调试做了充分的准备。3. 本系统中选用S7-300系列的产品支持不同网络之间的路由，可以在工业以太网和Profibus总线网络中互相路由，这也给工程调试带来了极大的方便。4. 系统中的触摸屏中的组态是通过SIEMENS的Protool进行编辑的，Protool具有良好的人机界面，可以对设备的状态和信息进行快速组态，同时Protool RT可以在调试机上进行在线和离线仿真，非常实用。目前，该仓储物流系统运行稳定，全天24小时连续运行近2年，充分验证了系统的可靠性，同时系统的高效率运作在蒙牛产品生产中发挥了重要的作用，取得了良好的经济效益。