工厂物流自动控制系统

一、系统概述 西门子上海移动通讯有限公司为了适应市场需求不断变化，依靠本身生产设备的高度自动化和高效率，对各种型号手机，必须要适时地有效地组织大规模大批量的生产。要维持设备和生产的高水平和高效率运转，生产过程中的有关材料、零件、部件和成品的生产配送是否做到有序、均匀、及时和准确就变为至关重要的问题。过去依靠手工进行生产配送，很容易造成生产设备等料或者生产物料在现场堆积，很容易造成生产现场混乱，严重影响生产效率。为解决这个问题，西门子上海移动通讯有限公司在上层ERP中生产管理系统的配合下，在库房、生产车间和包装车间之间范围内，建立一个统一的物流自动控制系统，以完成在库房、生产车间和包装车间之间的自动生产配送任务。 物流自动控制系统主要是控制输送系统完成其物料的输送任务。在环绕库房、生产车间和包装车间场地，距地面 4 米 至 6 米处，设置有由许多皮带输送机、滚轮输送机等组成的一条条输送链，经首尾连接形成连续的空中输送线。在物料的入口出和出口处设有和路径叉口装置、升降机和地面输送线。这样在库房、生产车间和包装车间范围内形成一个顺畅的、封闭的循环输送线系统。所有生产过程中使用的有关材料、零件、部件和成品的等物料，都装在贴有条形码的防静电的标准塑料托盘箱里。在生产管理系统发出的生产指令的作用下，装有物料的托盘箱从指定的入口处进入输送系统，系统经过扫描托盘箱上的条形码，查寻生产管理系统的生产指令并与之比较，可自动识别判断出该托盘箱需要达到目的地出口。系统将按照最佳路径，控制启动相应一系列输送链、路径叉口装置和升降机，把该托盘箱自动输送到指定出口。 　　因此，物流自动控制系统利用PLC控制技术，按照生产指令，通过系统的自动识别功能和输送系统，自动地和柔性地把托盘箱上生产物料，以最佳的路径，最快的速度，准确地从生产场地的一个位置输送到另一个位置，完成托盘箱和生产物料的时空转移，以保证工厂的设备和生产的高效率地运行。 请见图 4 物流自动控制系统平面图 二、物流输送系统的构成与分析 物流自动控制系统的控制对象是主要分布在库房、生产车间和包装车间。其分类和作用如下所述： 1．输送链 35 台皮带输送机，主要完成直线输送。 47台滚轮输送机，要完成直线输送或者弯道输送，对托盘箱具有存储集放功能。 2．升降系统 四台往复垂直式升降机，设在入口处和出口处位置，可使托盘箱往返于地面输送线和空中输送线之间，每台升降机一班要完成大约400个托盘箱输送。 一台NERAK 连续垂直式提升机，设在包装车间入口处位置，可快速、高效地将地面输送线的托盘箱输送到空中输送线，一班要完成大约1200个托盘箱输送。 一台NERAK 连续垂直式下降机，设在包装车间出口处位置，可快速、高效地将空中输送线的托盘箱输送到地面输送线，一班要完成大约1200个托盘箱输送。 3．路径叉口控制系统 七台路径叉口分开控制装置，其中六台控制托盘箱从循环输送线上分离并输送进入到连接出口处的支路输送线；另外一台控制托盘箱从主循环输送线上分离并输送进入到次循环输送线。 七台路径叉口合并控制装置，其中六台控制托盘箱从入口处的支路输送线上输送进入（合并）到循环输送线输；另外一台控制托盘箱从次循环输送线上输送进入（合并）到主循环输送线。 4． 自动识别系统 　　共有13台固定式条形码激光扫描仪构成系统对托盘箱的识别装置。 　　其中 6 台分别设置在输送线各物料入口处，检查进入输送系统的托盘箱合法性并为其托盘箱建立信息记录。 　　另外 7 台分别设置在输送线各路径叉口分开控制装置处，为对托盘箱的输送路径控制提供依据。 5．系统的物料入口和出口 　　六个物料托盘箱入口，分别为库房、包装车间、装配1工作区、装配3工作区、印刷电路板测试工作区和贴片机工作区的入口。 　　六个物料托盘箱出口，分别为库房、包装车间、装配1工作区、装配3工作区、印刷电路板测试工作区和贴片机工作区的出口。 6．系统的物料托盘箱 　　物料托盘箱是物流输送系统的基本储运单元，这里采用的是标准化的防静电的塑料托盘箱。为了适合在输送线输送，托盘箱有统一的长和宽尺寸，600 X 400 MM，高度为150MM、220MM和260 MM 三种规格。所有物料托盘箱在侧面的相同的位置上，都贴有相互不同的具有八位代码的条形码标签。托盘箱在输送线输送行走时，这些条形码标签可被固定式条形码激光扫描仪扫描，以作为系统自动识别标志。这里使用近万个物料托盘箱，但物流输送系统上同时输送物料托盘箱的最大设计容量为250个物料托盘箱，大部分物料托盘箱作为生产周转和生产存储使用。 　　通过上述对系统控制对象的具体构成和作用的分析，为了把物料托盘箱按照其生产指令，从指定的物料入口自动输送到物料出口，托盘箱在自动输送过程中的路径控制就成为物流自动控制系统的技术关键，而其他都是围绕路径控制进行相应工作。根据系统只有六个物料入口和六个物料出口，系统可供选择的最多路径数： 6入口出 X 5出口处 = 30 路径。 三、控制系统硬件结构 　　该系统是以一台西门子公司的PLC S7-300 CPU318-2DP为核心，现场工业总线Profibus-DP网络为基础，ET200为主要控制模块，构成一个分布式控制系统。在CPU318-2DP里运行着由STEP 7 语言编制的系统控制程序，控制着物流输送系统正常工作。系统相关的控制和检测部分都是通过现场工业总线Profibus-DP网络连接到PLC S7-300 上。PLC控制程序同样是通过Profibus-DP网络，控制着系统各部分相互协调地工作运行，达到物流控制目的。 　　在PLC上配置了一块工业以态网卡 CP343-1 ICP。通过网卡上的RJ45端口,利用TCP/IP协议,经以太网的形式接入公司内部的管理网络，使物流自动控制系统与公司里ERP的生产管理系统融合在一起。通过该通讯通道，使PLC能够接受上层生产管理系统的生产指令，控制托盘箱在输送线上的运行。同时PLC可把物流自动控制系统运行和生产指令执行情况，向上层上层生产管理系统反馈。 　　PLC CPU318-2DP上本身具有一个Profibus-DP端口。以这个端口为Profibus-DP主站，向外连延伸着一条Profibus-DP总线，连接着现场26 的子站。实际上就是通过Profibus-DP总线，连接着分布在现场的有关物流自动控制系统的各个控制部分。具体的连接对象包括以下几个方面： 1．200分布式控制装置 　　在现场输送线附近分别分布着 23个ET200B模块，做为Profibus-DP总线的子站，直接控制着各个输送链、升降系统、路径叉口控制和系统的物料入口和出口，即输送系统的绝大部分执行控制单元和传感器。 2．WinCC人机界面终端 　　在生产车间和包装车间里分别设置一台计算机终端，通过插入CP5611卡，连接到Profibus-DP总线上。计算机上运行西门子公司的工业组态软件 WinCC，用于监控物流自动控制系统各部分运行状态。 3．自动识别系统 　　在现场由一个工业多路转换器MX4000和分布在输送线附近的不同位置的13个固定式条形码激光扫描仪，通过RS485总线连接，构成一个数据采集系统。经条形码激光扫描仪扫描托盘箱上的条形码，获得的条形码信息汇总到工业多路转换器MX4000。由于MX4000是挂在Profibus-DP总线上一个子站，PLC CPU318-2DP程序可以直接处理这些汇总的托盘箱条形码，对托盘箱进行识别。由此而形成一个自动识别系统。 四、物流控制的基本工作原理 　　控制系统为了让已进入输送线的托盘箱能够沿着正确的输送路径到达所需的目的地，系统为之在PLC CPU318-2DP里建立了一个实时数据库管理系统。当某个托盘箱进入物流输送线时，系统立刻在实时数据库系统中为该托盘箱建立一条记录，存放着该托盘箱有关的信息。 每条托盘箱的信息记录格式如下： 　　信息记录格式的第二部分――路径控制码，决定着该托盘箱在输送过程中的路径控制。PLC程序可利用相应功能块对实时数据库进行操作，如托盘箱信息记录的查询(FC511)、插入(FC512)和删除(FC513)。建立在PLC中的实时数据库为系统控制托盘箱在输送线上运行路径提供了重要依据。 物流自动控制系统的工作过程主要分为以下几个步骤： 1．生产管理系统中生产指令的产生 　　在输送线的各入口处，操作人员按照生产计划，把物料按种类装入不同的托盘箱，再通过手持式条形码激光扫描仪把这些托盘箱的条形码输入到生产管理系统中。生产管理系统对收到的每个托盘箱条形码，依据生产调度计划，立即产生一条该托盘箱的生产指令，并放入到生产指令表格中，以便物流自动控制系统查找。每条生产指令内容由三部分组成：该托盘箱上的条形码代码，该托盘箱在输送线上的入口位置和出口位置。 2．物流入口处的查询 　　当操作人员把准备好的托盘箱放入某入口处的滚轮输送机时，托盘箱会运动到输送机中间位置停下来，此时PLC控制该入口处固定式条形码激光扫描仪，获取该托盘箱的条形码，并依此条形码向上层生产管理系统的生产指令表格查询该托盘箱信息。根据返回信息，可能会出现两种情况： 　　a. 该托盘箱在生产指令表格中不存在，或者存在但入口位置不符，说明此托盘箱是非法的，不该进入物流输送系统，PLC会立即控制开启入口处的声光报警器，通知操作人员把此托盘箱从输送机上手工搬走。 　　b. 该托盘箱在生产指令表格中存在，并切入口位置相符，说明此托盘箱是合法的，系统可接受。一方面PLC控制入口输送机继续转动，让此托盘箱进入物流输送系统；另一方面，PLC为此托盘箱在实时数据库中建立一条记录。条形码写入记录第一部分。PLC根据生产指令中指明的此托盘箱的出口位置和实际输送路径，计算出路