工廠物流自動(dòng)控制系統(tǒng)

一、系統(tǒng)概述 西門子上海移動(dòng)通訊有限公司為了適應(yīng)市場(chǎng)需求不斷變化，依靠本身生產(chǎn)設(shè)備的高度自動(dòng)化和高效率，對(duì)各種型號(hào)手機(jī)，必須要適時(shí)地有效地組織大規(guī)模大批量的生產(chǎn)。要維持設(shè)備和生產(chǎn)的高水平和高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)過程中的有關(guān)材料、零件、部件和成品的生產(chǎn)配送是否做到有序、均勻、及時(shí)和準(zhǔn)確就變?yōu)橹陵P(guān)重要的問題。過去依靠手工進(jìn)行生產(chǎn)配送，很容易造成生產(chǎn)設(shè)備等料或者生產(chǎn)物料在現(xiàn)場(chǎng)堆積，很容易造成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)混亂，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。為解決這個(gè)問題，西門子上海移動(dòng)通訊有限公司在上層ERP中生產(chǎn)管理系統(tǒng)的配合下，在庫(kù)房、生產(chǎn)車間和包裝車間之間范圍內(nèi)，建立一個(gè)統(tǒng)一的物流自動(dòng)控制系統(tǒng)，以完成在庫(kù)房、生產(chǎn)車間和包裝車間之間的自動(dòng)生產(chǎn)配送任務(wù)。 物流自動(dòng)控制系統(tǒng)主要是控制輸送系統(tǒng)完成其物料的輸送任務(wù)。在環(huán)繞庫(kù)房、生產(chǎn)車間和包裝車間場(chǎng)地，距地面 4 米 至 6 米處，設(shè)置有由許多皮帶輸送機(jī)、滾輪輸送機(jī)等組成的一條條輸送鏈，經(jīng)首尾連接形成連續(xù)的空中輸送線。在物料的入口出和出口處設(shè)有和路徑叉口裝置、升降機(jī)和地面輸送線。這樣在庫(kù)房、生產(chǎn)車間和包裝車間范圍內(nèi)形成一個(gè)順暢的、封閉的循環(huán)輸送線系統(tǒng)。所有生產(chǎn)過程中使用的有關(guān)材料、零件、部件和成品的等物料，都裝在貼有條形碼的防靜電的標(biāo)準(zhǔn)塑料托盤箱里。在生產(chǎn)管理系統(tǒng)發(fā)出的生產(chǎn)指令的作用下，裝有物料的托盤箱從指定的入口處進(jìn)入輸送系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過掃描托盤箱上的條形碼，查尋生產(chǎn)管理系統(tǒng)的生產(chǎn)指令并與之比較，可自動(dòng)識(shí)別判斷出該托盤箱需要達(dá)到目的地出口。系統(tǒng)將按照最佳路徑，控制啟動(dòng)相應(yīng)一系列輸送鏈、路徑叉口裝置和升降機(jī)，把該托盤箱自動(dòng)輸送到指定出口。 　　因此，物流自動(dòng)控制系統(tǒng)利用PLC控制技術(shù)，按照生產(chǎn)指令，通過系統(tǒng)的自動(dòng)識(shí)別功能和輸送系統(tǒng)，自動(dòng)地和柔性地把托盤箱上生產(chǎn)物料，以最佳的路徑，最快的速度，準(zhǔn)確地從生產(chǎn)場(chǎng)地的一個(gè)位置輸送到另一個(gè)位置，完成托盤箱和生產(chǎn)物料的時(shí)空轉(zhuǎn)移，以保證工廠的設(shè)備和生產(chǎn)的高效率地運(yùn)行。 請(qǐng)見圖 4 物流自動(dòng)控制系統(tǒng)平面圖 二、物流輸送系統(tǒng)的構(gòu)成與分析 物流自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制對(duì)象是主要分布在庫(kù)房、生產(chǎn)車間和包裝車間。其分類和作用如下所述： 1．輸送鏈 35 臺(tái)皮帶輸送機(jī)，主要完成直線輸送。 47臺(tái)滾輪輸送機(jī)，要完成直線輸送或者彎道輸送，對(duì)托盤箱具有存儲(chǔ)集放功能。 2．升降系統(tǒng) 四臺(tái)往復(fù)垂直式升降機(jī)，設(shè)在入口處和出口處位置，可使托盤箱往返于地面輸送線和空中輸送線之間，每臺(tái)升降機(jī)一班要完成大約400個(gè)托盤箱輸送。 一臺(tái)NERAK 連續(xù)垂直式提升機(jī)，設(shè)在包裝車間入口處位置，可快速、高效地將地面輸送線的托盤箱輸送到空中輸送線，一班要完成大約1200個(gè)托盤箱輸送。 一臺(tái)NERAK 連續(xù)垂直式下降機(jī)，設(shè)在包裝車間出口處位置，可快速、高效地將空中輸送線的托盤箱輸送到地面輸送線，一班要完成大約1200個(gè)托盤箱輸送。 3．路徑叉口控制系統(tǒng) 七臺(tái)路徑叉口分開控制裝置，其中六臺(tái)控制托盤箱從循環(huán)輸送線上分離并輸送進(jìn)入到連接出口處的支路輸送線；另外一臺(tái)控制托盤箱從主循環(huán)輸送線上分離并輸送進(jìn)入到次循環(huán)輸送線。 七臺(tái)路徑叉口合并控制裝置，其中六臺(tái)控制托盤箱從入口處的支路輸送線上輸送進(jìn)入（合并）到循環(huán)輸送線輸；另外一臺(tái)控制托盤箱從次循環(huán)輸送線上輸送進(jìn)入（合并）到主循環(huán)輸送線。 4． 自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) 　　共有13臺(tái)固定式條形碼激光掃描儀構(gòu)成系統(tǒng)對(duì)托盤箱的識(shí)別裝置。 　　其中 6 臺(tái)分別設(shè)置在輸送線各物料入口處，檢查進(jìn)入輸送系統(tǒng)的托盤箱合法性并為其托盤箱建立信息記錄。 　　另外 7 臺(tái)分別設(shè)置在輸送線各路徑叉口分開控制裝置處，為對(duì)托盤箱的輸送路徑控制提供依據(jù)。 5．系統(tǒng)的物料入口和出口 　　六個(gè)物料托盤箱入口，分別為庫(kù)房、包裝車間、裝配1工作區(qū)、裝配3工作區(qū)、印刷電路板測(cè)試工作區(qū)和貼片機(jī)工作區(qū)的入口。 　　六個(gè)物料托盤箱出口，分別為庫(kù)房、包裝車間、裝配1工作區(qū)、裝配3工作區(qū)、印刷電路板測(cè)試工作區(qū)和貼片機(jī)工作區(qū)的出口。 6．系統(tǒng)的物料托盤箱 　　物料托盤箱是物流輸送系統(tǒng)的基本儲(chǔ)運(yùn)單元，這里采用的是標(biāo)準(zhǔn)化的防靜電的塑料托盤箱。為了適合在輸送線輸送，托盤箱有統(tǒng)一的長(zhǎng)和寬尺寸，600 X 400 MM，高度為150MM、220MM和260 MM 三種規(guī)格。所有物料托盤箱在側(cè)面的相同的位置上，都貼有相互不同的具有八位代碼的條形碼標(biāo)簽。托盤箱在輸送線輸送行走時(shí)，這些條形碼標(biāo)簽可被固定式條形碼激光掃描儀掃描，以作為系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別標(biāo)志。這里使用近萬個(gè)物料托盤箱，但物流輸送系統(tǒng)上同時(shí)輸送物料托盤箱的最大設(shè)計(jì)容量為250個(gè)物料托盤箱，大部分物料托盤箱作為生產(chǎn)周轉(zhuǎn)和生產(chǎn)存儲(chǔ)使用。 　　通過上述對(duì)系統(tǒng)控制對(duì)象的具體構(gòu)成和作用的分析，為了把物料托盤箱按照其生產(chǎn)指令，從指定的物料入口自動(dòng)輸送到物料出口，托盤箱在自動(dòng)輸送過程中的路徑控制就成為物流自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵，而其他都是圍繞路徑控制進(jìn)行相應(yīng)工作。根據(jù)系統(tǒng)只有六個(gè)物料入口和六個(gè)物料出口，系統(tǒng)可供選擇的最多路徑數(shù)： 6入口出 X 5出口處 = 30 路徑。 三、控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 　　該系統(tǒng)是以一臺(tái)西門子公司的PLC S7-300 CPU318-2DP為核心，現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，ET200為主要控制模塊，構(gòu)成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)。在CPU318-2DP里運(yùn)行著由STEP 7 語言編制的系統(tǒng)控制程序，控制著物流輸送系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)相關(guān)的控制和檢測(cè)部分都是通過現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)連接到PLC S7-300 上。PLC控制程序同樣是通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，控制著系統(tǒng)各部分相互協(xié)調(diào)地工作運(yùn)行，達(dá)到物流控制目的。 　　在PLC上配置了一塊工業(yè)以態(tài)網(wǎng)卡 CP343-1 ICP。通過網(wǎng)卡上的RJ45端口,利用TCP/IP協(xié)議,經(jīng)以太網(wǎng)的形式接入公司內(nèi)部的管理網(wǎng)絡(luò)，使物流自動(dòng)控制系統(tǒng)與公司里ERP的生產(chǎn)管理系統(tǒng)融合在一起。通過該通訊通道，使PLC能夠接受上層生產(chǎn)管理系統(tǒng)的生產(chǎn)指令，控制托盤箱在輸送線上的運(yùn)行。同時(shí)PLC可把物流自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行和生產(chǎn)指令執(zhí)行情況，向上層上層生產(chǎn)管理系統(tǒng)反饋。 　　PLC CPU318-2DP上本身具有一個(gè)Profibus-DP端口。以這個(gè)端口為Profibus-DP主站，向外連延伸著一條Profibus-DP總線，連接著現(xiàn)場(chǎng)26 的子站。實(shí)際上就是通過Profibus-DP總線，連接著分布在現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)物流自動(dòng)控制系統(tǒng)的各個(gè)控制部分。具體的連接對(duì)象包括以下幾個(gè)方面： 1．200分布式控制裝置 　　在現(xiàn)場(chǎng)輸送線附近分別分布著 23個(gè)ET200B模塊，做為Profibus-DP總線的子站，直接控制著各個(gè)輸送鏈、升降系統(tǒng)、路徑叉口控制和系統(tǒng)的物料入口和出口，即輸送系統(tǒng)的絕大部分執(zhí)行控制單元和傳感器。 2．WinCC人機(jī)界面終端 　　在生產(chǎn)車間和包裝車間里分別設(shè)置一臺(tái)計(jì)算機(jī)終端，通過插入CP5611卡，連接到Profibus-DP總線上。計(jì)算機(jī)上運(yùn)行西門子公司的工業(yè)組態(tài)軟件 WinCC，用于監(jiān)控物流自動(dòng)控制系統(tǒng)各部分運(yùn)行狀態(tài)。 3．自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) 　　在現(xiàn)場(chǎng)由一個(gè)工業(yè)多路轉(zhuǎn)換器MX4000和分布在輸送線附近的不同位置的13個(gè)固定式條形碼激光掃描儀，通過RS485總線連接，構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。經(jīng)條形碼激光掃描儀掃描托盤箱上的條形碼，獲得的條形碼信息匯總到工業(yè)多路轉(zhuǎn)換器MX4000。由于MX4000是掛在Profibus-DP總線上一個(gè)子站，PLC CPU318-2DP程序可以直接處理這些匯總的托盤箱條形碼，對(duì)托盤箱進(jìn)行識(shí)別。由此而形成一個(gè)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。 四、物流控制的基本工作原理 　　控制系統(tǒng)為了讓已進(jìn)入輸送線的托盤箱能夠沿著正確的輸送路徑到達(dá)所需的目的地，系統(tǒng)為之在PLC CPU318-2DP里建立了一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。當(dāng)某個(gè)托盤箱進(jìn)入物流輸送線時(shí)，系統(tǒng)立刻在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中為該托盤箱建立一條記錄，存放著該托盤箱有關(guān)的信息。 每條托盤箱的信息記錄格式如下： 　　信息記錄格式的第二部分――路徑控制碼，決定著該托盤箱在輸送過程中的路徑控制。PLC程序可利用相應(yīng)功能塊對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，如托盤箱信息記錄的查詢(FC511)、插入(FC512)和刪除(FC513)。建立在PLC中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為系統(tǒng)控制托盤箱在輸送線上運(yùn)行路徑提供了重要依據(jù)。 物流自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作過程主要分為以下幾個(gè)步驟： 1．生產(chǎn)管理系統(tǒng)中生產(chǎn)指令的產(chǎn)生 　　在輸送線的各入口處，操作人員按照生產(chǎn)計(jì)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(chǎn)管理系統(tǒng)中。生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)收到的每個(gè)托盤箱條形碼，依據(jù)生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃，立即產(chǎn)生一條該托盤箱的生產(chǎn)指令，并放入到生產(chǎn)指令表格中，以便物流自動(dòng)控制系統(tǒng)查找。每條生產(chǎn)指令內(nèi)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(dāng)操作人員把準(zhǔn)備好的托盤箱放入某入口處的滾輪輸送機(jī)時(shí)，托盤箱會(huì)運(yùn)動(dòng)到輸送機(jī)中間位置停下來，此時(shí)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(chǎn)管理系統(tǒng)的生產(chǎn)指令表格查詢?cè)撏斜P箱信息。根據(jù)返回信息，可能會(huì)出現(xiàn)兩種情況： 　　a. 該托盤箱在生產(chǎn)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(jìn)入物流輸送系統(tǒng)，PLC會(huì)立即控制開啟入口處的聲光報(bào)警器，通知操作人員把此托盤箱從輸送機(jī)上手工搬走。 　　b. 該托盤箱在生產(chǎn)指令表格中存在，并切入口位置相符，說明此托盤箱是合法的，系統(tǒng)可接受。一方面PLC控制入口輸送機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，讓此托盤箱進(jìn)入物流輸送系統(tǒng)；另一方面，PLC為此托盤箱在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中建立一條記錄。條形碼寫入記錄第一部分。PLC根據(jù)生產(chǎn)指令中指明的此托盤箱的出口位置和實(shí)際輸送路徑，計(jì)算出路