劉彥磊，郭濤，劉天奇，張世輝，龐黨鋒

（1.天津中德應用技術大學機械工程學院，天津，300350；2.中國電子系統(tǒng)工程第四建設有限公司，河北石家莊，050004）

0 引言

隨著《中國制造2025》全面部署實施，智能制造已成為我國未來制造業(yè)重要的發(fā)展趨勢，而倉儲是智能制造生產(chǎn)線中非常重要的一部分，它的智能化程度也直接影響著整個智能制造生產(chǎn)線的智能化水平，其智能化控制系統(tǒng)研究發(fā)展也是智能制造發(fā)展重要方向[1-2]。

本研究結合了MES系統(tǒng)在智能制造生產(chǎn)線上的應用，利用MES系統(tǒng)與臺達PLC之間的MODBUS TCP通訊來實現(xiàn)對倉儲的下達訂單指令，出入庫指令，補料指令等調度指令。利用臺達AS228P-A型號的PLC設計了倉儲的應用設備層的控制系統(tǒng)。結合HMI監(jiān)控組態(tài)界面來實現(xiàn)智能倉儲自動化，智能化的控制[3-4]。

1 系統(tǒng)結構設計

倉儲的機械機構分為：毛坯料庫、加工料庫、巷道機械手、毛坯桁架機械手、加工桁架機械手、毛坯中轉傳送帶、加工中轉傳送帶、PLC及伺服控制系統(tǒng)等構成。成品庫用于存放加工好的成品。其中在兩個倉庫之間設計了巷道機器人，可以實現(xiàn)左右取貨，前后送料和貨到桁架機械手下面的傳送帶上面，便于桁架機械手把毛坯送入產(chǎn)線，或把成品送給AGV，AVG把成品送給客戶，或者桁架機械手把AGV送來的毛坯，加工送到輸送帶上便于巷道機械人把毛坯補充到倉庫[5-6]，其結構圖如圖1所示。

圖1 倉儲結構圖

1.1 系統(tǒng)工藝分析

自動倉儲是生產(chǎn)線的開端和末端，在生產(chǎn)過程中擔負著產(chǎn)品原料的出庫及成品的入庫及外發(fā)。自動倉儲單元接收到來自MES的訂單，搬運機械手將客戶選擇的毛坯和加工，運送到傳輸帶上，并由AGV將出庫同型號的毛坯料備好運回庫中，完成原料出庫；自動倉儲單元接收到來自MES的控制信號，通過機械手將客戶通過MES選擇的產(chǎn)品從倉庫內(nèi)取出，并放到AGV上，AGV運行將客戶定制的產(chǎn)品運輸?shù)街付ㄎ恢?，客戶將成品取走后AGV運行到補料位置補好需要的成品后入庫；自動倉儲單元接收到來自MES的控制信號，通過機械手將加工完成的產(chǎn)品通過搬運機械手進行成品的存儲完成成品入庫。

2 控制系統(tǒng)設計

本控制系統(tǒng)主要包括應用層MES系統(tǒng)，設備控制層PLC控制系統(tǒng)，HMI監(jiān)控組態(tài)界面，AVG控制系統(tǒng)等，所有系統(tǒng)都通過工業(yè)交換機連接，MES系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)，傳送帶控制系統(tǒng)，HMI監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)通過MODBUS TCP進行通訊控制[11-12]。MES系統(tǒng)與AGV控制系統(tǒng)通過WIFI進行通訊控制。HMI監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)也是通過MODBUS TCP進行通訊控制。所有系統(tǒng)都要進行IP地址的設置，并設定好數(shù)據(jù)交換的存儲區(qū)，梳理好工藝流程調度指令的值。系統(tǒng)硬件結構如圖2所示，系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)硬件架構

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構

2.1 PLC控制系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)采用了臺達PLC，其型號為AS228P-A,專為自動化設備設計的高階泛用型控制器。采用臺達自行開發(fā)的32 bit SoC CPU，大幅提升效能（40k steps/ms），可擴充多達32臺模塊或1,024點I/O；強大定位控制功能，可同時支持多達8軸CANopen運動網(wǎng)絡／6軸200 kHz脈沖控制，適用于高階機械設備控制。巷道機器人共有三個軸分別為x,y,z。采用三個臺達專用伺服驅動器ASD-A3，其具有CANopen通訊功能。桁架采用了兩個R60步進控制器。PLC通過CANopen實現(xiàn)對伺服驅動器ASD-A3控制，達到速度控制，定位控制，倉儲主控制器PLC與環(huán)線控制器PLC S7-1214C，MES系統(tǒng)，電子看板之間通過Modbus TCP協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換及控制，AGV通過WiFi與PLC進行通訊及控制，PLC與步進控制器通過脈沖串進行控制，控制系統(tǒng)硬件結構如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)硬件

2.2 PLC與伺服驅動器通訊

其型號為AS228P-A的PLC與伺服驅動器ASD-A3具有CANopen通訊功能，對三個伺服電機的速度控制，定位控制都通過CANopen通訊功能來實現(xiàn)，只需要對臺達專用伺服進行參數(shù)以及臺達PLC進行相應設置，并進行PLC程序的編寫就能實現(xiàn)很好的控制功能，臺達PLC的CANopen通訊功能設置。

3 控制系統(tǒng)程序設計

根據(jù)工藝要求，智能倉儲要實現(xiàn)毛坯的出入庫，成品的出入庫，由PLC接受來自MES系統(tǒng)的調度指令來實現(xiàn)，MES系統(tǒng)通過MODBUS TCP讀PLC的D100,D101,D104,D105,D120等數(shù)據(jù)實現(xiàn)MES系統(tǒng)與PLC之間控制功能，PLC與伺服系統(tǒng)通過CANopen總線來實現(xiàn)通訊，需要編寫PLC對伺服控制器的啟動，初始化，伺服的點動，伺服的定位等程序，其程序控制流程如圖5所示。

圖5 程序控制流程

4 人機界面設計

4.1 MES系統(tǒng)界面設計

在應用控制層設計了MES系統(tǒng)的人機界面方便管理人員進行相應的操作，維護，調試以及良好的人機交互，其人機界面如圖6所示。

圖6 MES系統(tǒng)的人機界面

4.2 HMI監(jiān)控組態(tài)界面設計

本監(jiān)控組態(tài)主要實現(xiàn)MES系統(tǒng)與手動系統(tǒng)切換，手動操作，變量監(jiān)控，參數(shù)調整，報警，倉儲模擬訂單等等功能，其中參數(shù)調整主要是進行巷道機器人，桁架機器人手的位置，伺服電機及步進電機等參數(shù)調整，其整個系統(tǒng)界面如圖7所示。

圖7 HMI監(jiān)控組態(tài)界面

5 結語

為了滿足企業(yè)錨具智能產(chǎn)線的需求，設計了基于PLC的錨具倉儲控制系統(tǒng)，目前控制系統(tǒng)在企業(yè)已獲成功應用。并與企業(yè)MES系統(tǒng)進行了可靠對接，并實現(xiàn)了MES系統(tǒng)與立體倉庫調度系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)，AGV調度系統(tǒng)的之間的通訊，開發(fā)了MES系統(tǒng)與各個控制系統(tǒng)之間的調度接口，使得各個系統(tǒng)之間的通訊更加可靠穩(wěn)定。提高了錨具產(chǎn)線的調度效率，穩(wěn)定性及其可靠性，進一步促進了錨具智能制造產(chǎn)線的智能化水平，具有很好的市場價值。