基于PLC和Profibus—DP總線的煙箱物流分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李超

摘要：PLC和Profibus-DP總線控制技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用到自動(dòng)控制領(lǐng)域。本文主要通過PLC和Profibus-DP總線實(shí)現(xiàn)了一種智能煙箱物流分揀。本方案詳細(xì)規(guī)劃了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼跋到y(tǒng)架構(gòu)。通過各類檢測(cè)裝置采集數(shù)據(jù)信息，利用總線完成系統(tǒng)多點(diǎn)控制及檢測(cè)。采用觸摸屏來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，并進(jìn)行模擬調(diào)試。本系統(tǒng)可靠性高、操作簡(jiǎn)單、開發(fā)周期短。

關(guān)鍵詞：PLC；物流分揀；西門子

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）03-0005-02

伴隨著我國網(wǎng)絡(luò)購物的迅速發(fā)展，我國的物流行業(yè)也在其帶動(dòng)下迅速的發(fā)展著。而且隨著經(jīng)濟(jì)全球化和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的物流行業(yè)必將進(jìn)一步發(fā)展。但是物流分揀是當(dāng)今制約物流行業(yè)的發(fā)展瓶頸。本文針對(duì)目前我國物流分揀系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，智能快速的物流分揀系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)物流行業(yè)非常重要。設(shè)計(jì)了利用PLC和Profibus-DP總線技術(shù)煙箱物流分系統(tǒng)。本系統(tǒng)下位控制部分采用SIEMENS的S7-317 2PN/DP實(shí)現(xiàn)高精度，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制，上位監(jiān)控操作界面采用兩個(gè)SIEMENS的MP377和TP277B觸摸屏實(shí)現(xiàn)，軟件采用WINCC Flexible 2008設(shè)計(jì)?？刂撇糠值木W(wǎng)絡(luò)分為兩個(gè)部分：通過總線通訊來實(shí)現(xiàn)控制器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)及檢測(cè)裝置進(jìn)行信息的傳遞。通過主站與從站的協(xié)同配合以實(shí)現(xiàn)煙箱物流自動(dòng)快速分揀。

1 系統(tǒng)架構(gòu)及功能

1.1 硬件組態(tài)

在STEP7中的硬件組態(tài)如圖1所示。本系統(tǒng)除主控電柜外，共分為8個(gè)ET子站，主電柜和ET子站共同保證整個(gè)系統(tǒng)的通訊和控制。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

煙箱物流分揀系統(tǒng)構(gòu)成如圖所2示。

自動(dòng)分揀系統(tǒng)作為整個(gè)物流分揀的核心子系統(tǒng)之一，主要分為智能檢測(cè)系統(tǒng)、智能匹配系統(tǒng)。其中檢測(cè)系統(tǒng)分為煙箱識(shí)別系統(tǒng)、智能區(qū)別系統(tǒng)?？娠@示整個(gè)系統(tǒng)的位置布局，當(dāng)前各ET子站以及主系統(tǒng)的狀態(tài)（手動(dòng)、自動(dòng)、故障、報(bào)警等信息），主線雙鏈板輸送機(jī)當(dāng)前運(yùn)行的實(shí)際頻率，以及部分電動(dòng)滾的運(yùn)行狀態(tài)。所有ET站以及系統(tǒng)的手自動(dòng)狀態(tài)只能靠電柜門上的旋鈕開關(guān)進(jìn)行選擇。

每個(gè)ET子站中都裝有ET200S通訊模塊，通過ProfiNet方式與主控電柜中的S7-317進(jìn)行通訊，然后通過人機(jī)交互傳送至上位機(jī)。子站通過條碼掃描裝置、分揀裝置及報(bào)警提示裝置。

本系統(tǒng)基于便于操控安全生產(chǎn)的思路，在整個(gè)分揀系統(tǒng)中各個(gè)子工序均相互獨(dú)立。

1.3 主控柜及各子站功能

每個(gè)ET子站中都裝有ET200S通訊模塊，通過ProfiNet方式與主控電柜中的S7-317進(jìn)行通訊，由于各部分都是控制中必不可少的，網(wǎng)絡(luò)通訊上有硬件線路連接，因此在生產(chǎn)中的時(shí)候要保證所有ET子站工作電源正常，無論該ET子站所屬區(qū)間是否生產(chǎn)任務(wù)。按照功能可以大致將其分為以下幾個(gè)部分。

（1）主控電柜，整個(gè)控制部分的核心部分，電控柜中除了CPU外，還有系統(tǒng)通訊的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，以及樓上部分主線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變頻器。（2）ET1電柜，負(fù)責(zé)H組、G組、F組裝封箱機(jī)出口的電動(dòng)滾，以及各電動(dòng)滾組與主線連接處的氣動(dòng)移載裝置（將煙箱從電動(dòng)滾運(yùn)送到雙鏈板輸送機(jī)上），同時(shí)還包括相應(yīng)的光電信號(hào)的檢測(cè)。（3）ET2電柜，在功能上與ET1電柜完全相同，負(fù)責(zé)E組、D組、C組裝封箱機(jī)出口的電動(dòng)滾，以及各電動(dòng)滾組與主線連接處的氣動(dòng)移載裝置（將煙箱從電動(dòng)滾運(yùn)送到雙鏈板輸送機(jī)上），同時(shí)還包括相應(yīng)的光電信號(hào)的檢測(cè)。（附加說明：A組、B組為預(yù)留裝封箱機(jī)）（4）ET3電柜，主要負(fù)責(zé)無條形碼檢測(cè)部分的控制和螺旋提升機(jī)的堵塞檢測(cè)，包括無條形碼檢測(cè)條形碼掃描儀，剔除氣缸和電機(jī)（M3），其它相應(yīng)的檢測(cè)光電管等。樓下雙鏈板輸送機(jī)M1、M2，螺旋提升機(jī)M4、M5的變頻器也裝在該電柜中，同時(shí)包括Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的中繼重發(fā)器和有源終端，因此要保證全線變頻器正常工作，除了主電柜外，ET3供電必須正常，否則DP網(wǎng)絡(luò)很容易受到干擾影響，從而導(dǎo)致變頻器網(wǎng)絡(luò)通訊中斷。（5）ET4電柜，負(fù)責(zé)A組分揀電動(dòng)滾的控制，主在線的分揀條形碼掃描儀控制，電動(dòng)滾上的條形碼確認(rèn)掃描儀控制和相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)，A組分為A1、A2、A3三組電動(dòng)滾。分揀道口的滾筒電機(jī)采用SIEMENS的饋電器控制。（6）ET5電柜，負(fù)責(zé)B組分揀電動(dòng)滾的控制，主在線的分揀條形碼掃描儀控制，電動(dòng)滾上的條形碼確認(rèn)掃描儀控制和相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)，B組分為B1、B2、B3三組電動(dòng)滾。分揀道口的滾筒電機(jī)采用SIEMENS的饋電器控制。（7）ET6電柜，負(fù)責(zé)C組分揀電動(dòng)滾的控制，主在線的分揀條形碼掃描儀控制，電動(dòng)滾上的條形碼確認(rèn)掃描儀控制和相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)，C組分為C1、C2、C3三組電動(dòng)滾。分揀道口的滾筒電機(jī)采用SIEMENS的饋電器控制。（8）ET7電柜，負(fù)責(zé)M8雙鏈板輸送機(jī)上的6個(gè)集放工位的控制，樓上部分主在線電機(jī)的隔離開關(guān)輔助信號(hào)、3孔操作按鈕盒信號(hào)都接入ET7電柜中。（9）ET8電柜，負(fù)責(zé)人工放箱部分的控制，其中包括兩組電動(dòng)滾、所屬的移載裝置，以及M10雙鏈板輸送機(jī)上的2個(gè)集放工位控制。

2 系統(tǒng)通訊

2.1 Profibus-DP簡(jiǎn)介

Porfibus支持主—從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對(duì)總線的控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)送信息。對(duì)多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)擁有總線控制權(quán)，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時(shí)間。按Profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號(hào)順序，沿上行方向進(jìn)行傳遞。主站在得到控制權(quán)時(shí)，可以按主—從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。主站可采取對(duì)所有站點(diǎn)廣播 （不要求應(yīng)答），或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播。-DP的DP即DecentralizedPeriphery。它具有高速低成本，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。Profibus的傳輸速率為9.6K～12Mbps，最大傳輸距離在9.6K～187.5Kbps時(shí)為1000m，500Kbps時(shí)為400m，1500Kbps時(shí)為200m，3000K～12000Kbps時(shí)為100m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個(gè)站點(diǎn)。

Porfibus支持主——從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對(duì)總線的控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)送信息。對(duì)多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)擁有總線控制權(quán)，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時(shí)間。按Profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號(hào)順序，沿上行方向進(jìn)行傳遞。

2.2 系統(tǒng)操作

（1）參數(shù)設(shè)置：主要包括主線變頻電機(jī)的“設(shè)定頻率”以及其它時(shí)間參數(shù)，所有參數(shù)在修改后，都需要點(diǎn)擊“參數(shù)修改確認(rèn)”按鈕，才能將所修改參數(shù)寫入系統(tǒng)中。由于變頻器本身設(shè)定的最高頻率為50Hz，因此在此處設(shè)定頻率時(shí)，不會(huì)超過50Hz。其中“系統(tǒng)待機(jī)等待時(shí)間”是指，當(dāng)所有裝封箱機(jī)沒有煙箱送出的時(shí)候，當(dāng)?shù)却龝r(shí)間到達(dá)該值后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，即主線電機(jī)停止，當(dāng)裝封箱機(jī)有煙箱生產(chǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到生產(chǎn)狀態(tài)，或者直接按“組合啟動(dòng)”按鈕，也可以將系統(tǒng)轉(zhuǎn)入生產(chǎn)狀態(tài)?！盁熛涮蕹訒r(shí)執(zhí)行時(shí)間”指樓下無條形碼檢測(cè)掃描儀在檢測(cè)到?jīng)]有條形碼時(shí)，需要等待多長時(shí)間執(zhí)行剔除動(dòng)作，該時(shí)間可以根據(jù)主雙鏈板輸送機(jī)M2的實(shí)際速度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，也可以在樓下的TP277B界面中設(shè)定該值。“主線啟動(dòng)間隔時(shí)間”指在自動(dòng)情況下，當(dāng)系統(tǒng)主線雙鏈板輸送機(jī)按順序啟動(dòng)時(shí)，其下一臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)需要等待的時(shí)間。（2）單機(jī)操作，該單機(jī)操作只是針對(duì)主線雙鏈板輸送機(jī)，當(dāng)主電柜門上的“手自動(dòng)”旋鈕選擇在手動(dòng)時(shí)，就可以在該界面中啟動(dòng)、停止主線電機(jī)了，同時(shí)可以根據(jù)要求對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。最高頻率為50HZ，即電機(jī)實(shí)際頻率為50HZ時(shí)，升頻命令無效。（3）網(wǎng)絡(luò)診斷，網(wǎng)絡(luò)診斷分為兩個(gè)部分，DP網(wǎng)絡(luò)和PN網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)DP網(wǎng)絡(luò)中任一站點(diǎn)通訊故障時(shí)，該站點(diǎn)顏色會(huì)變成紅色，當(dāng)故障解除后，故障顏色會(huì)自動(dòng)消失。ET200S以及碼垛輸送機(jī)與S7-317通訊中斷時(shí)，該站點(diǎn)會(huì)顯示為紅色，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通訊恢復(fù)正常時(shí)，按下“故障復(fù)位”，網(wǎng)絡(luò)故障消失。當(dāng)操作屏發(fā)生通訊故障，沒有顯示，可以通過觀察操作屏是否能正常工作來判斷。其中樓上電柜有3臺(tái)交換機(jī)，樓下ET3有一臺(tái)交換機(jī)，樓下TP277B直接連在樓上的X206中，而不是連接在ET3中的X206上。PN網(wǎng)絡(luò)中的IP地址都是以192.168.1.開頭，站點(diǎn)圖標(biāo)中的地址表示其具體地址。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)是人機(jī)界面、PLC、變頻器、伺服系統(tǒng)和Profibus -DP總線應(yīng)用的結(jié)合，采用了基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)高度穩(wěn)定可靠，有很強(qiáng)的抗干擾能力，開放式的總線結(jié)構(gòu)，可容納第三方設(shè)備，采用功能強(qiáng)大的Siemens 友好人機(jī)界面，使煙箱分揀系統(tǒng)控制更具有智能化與人性化，并且降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)的成本，同時(shí)提高系統(tǒng)的控制精度和系統(tǒng)的可靠性。滿足生產(chǎn)工藝需要，可以在更多領(lǐng)域進(jìn)行推廣。

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