懸掛式積放儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

董加旺　孫連偉

摘 要:本文介紹了懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)方案,重點(diǎn)介紹了控制系統(tǒng)的構(gòu)成，硬件的組態(tài)及軟件的編程調(diào)試等內(nèi)容?？刂葡到y(tǒng)選用西門子S7-300 PLC及ET200S構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)，采用WINCC上位機(jī)系統(tǒng)通過(guò)RFID讀寫(xiě)相關(guān)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)區(qū)的控制，并能實(shí)時(shí)顯示庫(kù)區(qū)內(nèi)的工件信息，并進(jìn)行故障統(tǒng)計(jì)查詢等。系統(tǒng)具有安全可靠、技術(shù)先進(jìn)，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)RFID安全可靠

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2012)07(c)-0051-02

1 引言

懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)是將多條懸掛式積放鏈根據(jù)用戶要求的輸送及存儲(chǔ)線路組合成的一套集工件轉(zhuǎn)運(yùn)，編組存儲(chǔ)及工件排序的輸送設(shè)備。因其輸送距離遠(yuǎn),存儲(chǔ)工件多，工件編組排序靈活等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于噴涂、烘干、裝配和產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)等領(lǐng)域。

懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)是一種自動(dòng)化程度較高的系統(tǒng)，通過(guò)提升機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)上件及下件，通過(guò)RFID可以為吊具寫(xiě)入工件信息，利用吊具內(nèi)的信息，可以實(shí)現(xiàn)工件的分類存儲(chǔ)，通過(guò)上位機(jī)的控制，可以從庫(kù)區(qū)調(diào)用需要的工件下線，下線區(qū)不需要下線的工件仍可以返回庫(kù)區(qū)等待下一次調(diào)用。這些功能使該系統(tǒng)使用靈活，操作簡(jiǎn)單，是一種比較柔性的輸送系統(tǒng)，更符合現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)的需求。

懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，適用于大規(guī)模生產(chǎn)且成本較低，缺點(diǎn)是輸送鏈運(yùn)行噪音較大，鏈條易磨損且不易更換。隨著技術(shù)的不斷提高，基于懸掛式積放的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)仍由較好的應(yīng)用前景。

2 懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)方案介紹

2.1 懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)的構(gòu)成

懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)主要是由提升機(jī)和懸掛式積放鏈構(gòu)成。

提升機(jī)又分為上件提升機(jī)和下件提升機(jī)，用于將工件轉(zhuǎn)掛到積放線上或?qū)⒐ぜ姆e放線上轉(zhuǎn)運(yùn)的其他設(shè)備上。

提升機(jī)主要是由推車機(jī)構(gòu)，定位機(jī)構(gòu)，吊具動(dòng)作機(jī)構(gòu)，及升降機(jī)構(gòu)等組成，推車機(jī)構(gòu)用于將吊具推至提升機(jī)，定位機(jī)構(gòu)用于將吊具定位，吊具動(dòng)作機(jī)構(gòu)用于工件的抓取，升降機(jī)構(gòu)用于吊具的升降。

懸掛式積放鏈主要是由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，停止器，止退器，道岔等構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是驅(qū)動(dòng)鏈條的運(yùn)行，停止器用于阻擋吊具的運(yùn)行，止退器用于防止吊具的溜車，道岔主要是控制吊具運(yùn)行的路徑。

2.2 懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)的控制方案介紹

懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)是一種比較大且分散的系統(tǒng)，積放線的輸送比較長(zhǎng)，停止器、道岔的分布比較散，上下件提升機(jī)間的距離也比較遠(yuǎn)，因此采用分布式PLC控制方式。這里我們選用SIEMENS的基于Profibus DP的分布式總線產(chǎn)品ET200S。

采用SIEMENS的帶有DP主站功能的PLC作為控制系統(tǒng)的核心，將輸送系統(tǒng)根據(jù)控制區(qū)域或功能劃分成若干個(gè)控制區(qū)，每個(gè)控制區(qū)通過(guò)ET200S從站接入主控PLC系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)內(nèi)的傳感器電磁閥等就近接入相應(yīng)的控制區(qū)。

采用P+F的帶有DP從站功能的RFID作為數(shù)據(jù)的寫(xiě)入讀取設(shè)備，將工件的信息寫(xiě)入輸送系統(tǒng)中，在輸送過(guò)程中，系統(tǒng)可根據(jù)這些信息，自動(dòng)控制工件的運(yùn)行，進(jìn)入相應(yīng)的庫(kù)區(qū)，及存儲(chǔ)區(qū)，實(shí)現(xiàn)編組及排序。

采用SIEMENS的Wincc作為上位機(jī)控制軟件，通過(guò)該軟件可以對(duì)庫(kù)區(qū)參數(shù)設(shè)置，對(duì)庫(kù)區(qū)進(jìn)行管理操作，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況，顯示系統(tǒng)故障信息并統(tǒng)計(jì)匯總等。

3 懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)的硬件配置與組態(tài)

3.1 PLC及DP總線系統(tǒng)的硬件配置

主機(jī)選用SIEMENS 317-2DP,這款PLC支持PROFIBUS-DP主站功能，可直接接入DP網(wǎng)絡(luò)。配置一塊以太網(wǎng)通訊模塊CP343-1，用于上位機(jī)WINCC組態(tài)軟件和STEP 7編程軟件的通信。配置3塊DI32模塊用于檢測(cè)控制柜內(nèi)斷路器接觸器的狀態(tài)，配置2塊D016模塊用于控制控制柜內(nèi)電源的輸出及輸出狀態(tài)的指示。

DP從站選用SIEMENS ET200S,主要由DP接口模塊IM151-1，電源模塊PM-E 24VDC,輸入模塊4DI 24VDC ST，和輸出模塊4DO 24VDC/0.5 ST構(gòu)成，每個(gè)DP從站必須配置1個(gè)接口模塊，用于接入DP網(wǎng)絡(luò)，輸入模塊，輸出模塊的數(shù)量取決于該子站控制范圍內(nèi)傳感器和電磁閥等的數(shù)量，并需要預(yù)留一定數(shù)量的備用點(diǎn)，用于與其他設(shè)備的交互信號(hào)，電源模塊的數(shù)量取決于，輸入輸出模塊的數(shù)量，在進(jìn)行從站配置時(shí)，可借助SIEMENS公司提供的ET200S配置工具進(jìn)行選型與配置。

PLC及DP總線的組態(tài)，是通過(guò)STEP 7軟件中的HW config軟件進(jìn)行配置的，組態(tài)實(shí)際上就是為模塊或從站分配一塊PLC中地址，使PLC可以通過(guò)相應(yīng)的地址對(duì)模塊或從站上具體的點(diǎn)位進(jìn)行控制。

配置實(shí)例如圖1所示：

將配置信息下載到PLC后，PLC會(huì)根據(jù)此配置信息，檢測(cè)輸入的狀態(tài)和執(zhí)行相應(yīng)的輸出。

3.2 信息讀寫(xiě)系統(tǒng)的硬件配置

信息讀寫(xiě)系統(tǒng)采用P+F公司的IPT-FP,這種讀寫(xiě)頭可安裝在U-P6-B6網(wǎng)關(guān)上，U-P6-B6網(wǎng)關(guān)提供DP接口，可作為一個(gè)DP從站直接接入DP網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)P+F公司提供的GSD文件，PLC可識(shí)別U-P6-B6網(wǎng)關(guān)并為其分配一個(gè)地址區(qū)，通過(guò)此地址區(qū)存儲(chǔ)需要讀寫(xiě)的信息。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，可用于工件的識(shí)別及輸送過(guò)程中道岔的控制，及庫(kù)區(qū)中的數(shù)據(jù)追蹤等。

3.3 上位機(jī)系統(tǒng)的硬件配置

上位機(jī)采用研華IPC-510工控機(jī)，采用雙核2.8GhzCPU,2G內(nèi)存，320G硬盤，主板帶4個(gè)串口，兩個(gè)千兆以太網(wǎng)口，5個(gè)PCI擴(kuò)展插槽，便于擴(kuò)展，性能強(qiáng)大，預(yù)裝WINDOWS XP操作系統(tǒng)，OFFICE辦公軟件，STEP 7編程軟件及WINCC組態(tài)軟件。

4 懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)的軟件編程

4.1 懸掛式積放鏈系統(tǒng)的軟件編程

懸掛式積放鏈系統(tǒng)的控制包括輸送鏈運(yùn)行控制，停止器動(dòng)作控制及道岔動(dòng)作控制；

輸送鏈運(yùn)行控制包括輸送鏈的啟動(dòng)，停止，驅(qū)動(dòng)站過(guò)載，張緊過(guò)松過(guò)緊檢測(cè)等；輸送線的啟動(dòng)具有單獨(dú)啟動(dòng)和一起啟動(dòng)的功能；輸送線的停止具有預(yù)停止功能，預(yù)停止功能是指輸送鏈的停止器都處于關(guān)閉到位時(shí)才允許停止的功能；驅(qū)動(dòng)站過(guò)載，用于保護(hù)驅(qū)動(dòng)裝置，防止由于機(jī)械的卡阻，造成電機(jī)持續(xù)的過(guò)載運(yùn)行；張緊過(guò)緊過(guò)松檢測(cè)，用于保護(hù)鏈條過(guò)度拉伸造成斷裂。

停止器動(dòng)作程序包括停止器的自動(dòng)手動(dòng)打開(kāi)功能；停止器的自動(dòng)打開(kāi)功能是在自動(dòng)狀態(tài)下根據(jù)前后工位的邏輯關(guān)系使停止器打開(kāi)或關(guān)閉的功能；停止器的手動(dòng)打開(kāi)功能是在手動(dòng)狀態(tài)下個(gè)，通過(guò)打開(kāi)按鈕控制停止器打開(kāi)或關(guān)閉的功能，停止器的手動(dòng)代開(kāi)功能分為兩種情況，一種是按下打開(kāi)按鈕后停止器根據(jù)前后工位的邏輯關(guān)系使停止器打開(kāi)或關(guān)閉，另一種是按下打開(kāi)按鈕后停止器打開(kāi)，松開(kāi)按鈕后停止器閉合的功能。

道岔動(dòng)作控制程序包括道岔的自動(dòng)手動(dòng)切換功能，道岔的自動(dòng)切換是在自動(dòng)狀態(tài)下通過(guò)RFID讀取工件的信息，與上位機(jī)預(yù)設(shè)的庫(kù)區(qū)參數(shù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較值控制道岔的直通或彎通；道岔的手動(dòng)控制是在手動(dòng)狀態(tài)下，通過(guò)直通按鈕控制道岔的直通，通過(guò)彎通按鈕控制道岔的彎通；

4.2 提升機(jī)系統(tǒng)的軟件編程

提升機(jī)系統(tǒng)的控制包括推車機(jī)的運(yùn)行控制，小車的定位控制，鎖緊機(jī)構(gòu)的控制，吊具張開(kāi)機(jī)構(gòu)的控制及升降機(jī)構(gòu)的控制。

推車機(jī)的運(yùn)行控制包括推車機(jī)的自動(dòng)手動(dòng)運(yùn)行控制；自動(dòng)狀態(tài)下，推車機(jī)占位開(kāi)關(guān)觸發(fā)后，推車機(jī)推車，推車到位后，推車機(jī)自動(dòng)返回；手動(dòng)狀態(tài)下，推車機(jī)占位開(kāi)關(guān)觸發(fā)后，按下推車按鈕，推車機(jī)推車，推車到位后，推車機(jī)自動(dòng)返回。

小車定位控制包括定位機(jī)構(gòu)的自動(dòng)及手動(dòng)控制，自動(dòng)狀態(tài)下，提升機(jī)工位占位開(kāi)關(guān)觸發(fā)后，定位機(jī)構(gòu)動(dòng)作，鎖緊小車，提升機(jī)動(dòng)作完成后，定位機(jī)構(gòu)復(fù)位，松開(kāi)小車，準(zhǔn)備放行；手動(dòng)狀態(tài)下，提升機(jī)工位占位開(kāi)關(guān)觸發(fā)后，按下定位鎖緊按鈕，定位機(jī)構(gòu)鎖緊小車，按下定位松開(kāi)按鈕后，定位機(jī)構(gòu)復(fù)位，松開(kāi)小車。

鎖緊機(jī)構(gòu)的控制包括鎖緊機(jī)構(gòu)的自動(dòng)及手動(dòng)控制，自動(dòng)狀態(tài)下，下車定位完成后，鎖緊機(jī)構(gòu)打開(kāi)，提升機(jī)升降，提升機(jī)再次升到高位時(shí)，鎖緊機(jī)構(gòu)閉合；手動(dòng)狀態(tài)下，小車定位完成后，按下鎖緊松開(kāi)按鈕，鎖緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)，按下鎖緊按鈕，鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊。

吊具張開(kāi)機(jī)構(gòu)的控制包括吊具張開(kāi)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)據(jù)手動(dòng)控制，自動(dòng)狀態(tài)下，上件提升機(jī)處于高位時(shí)吊具張開(kāi)，處于低位時(shí)閉合，下件升降機(jī)處于低位時(shí)吊具張開(kāi)，處于高位時(shí)閉合，手動(dòng)狀態(tài)下，提升機(jī)處于高位或低位時(shí)，按下吊具張開(kāi)按鈕，吊具張開(kāi)，按下吊具閉合按鈕，吊具閉合。

升降機(jī)構(gòu)的控制包括升降機(jī)構(gòu)的自動(dòng)及手動(dòng)控制，自動(dòng)狀態(tài)下，軌道鎖緊打開(kāi)后，提升機(jī)下降，吊具取放件完成后，提升機(jī)上升；手動(dòng)狀態(tài)下，按下下降按鈕，提升機(jī)下降，按下上升按鈕，提升機(jī)上升。

4.3 讀寫(xiě)系統(tǒng)的軟件編程

讀寫(xiě)系統(tǒng)的讀寫(xiě)頭根據(jù)功能可分為兩種，一種具有寫(xiě)入及讀取功能，一種只具有讀取功能。當(dāng)寫(xiě)數(shù)據(jù)工位占位后，讀寫(xiě)頭將數(shù)據(jù)寫(xiě)入吊具載碼體，寫(xiě)入數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)頭會(huì)通過(guò)讀取一次數(shù)據(jù)，校驗(yàn)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的正確性；當(dāng)讀數(shù)據(jù)工位占位后，讀寫(xiě)頭將從吊具載碼體讀取數(shù)據(jù)，與上位機(jī)預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較值執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

4.4 上位機(jī)系統(tǒng)的軟件編程

上位機(jī)系統(tǒng)的組態(tài)采用SIEMENS的WINCC,主要功能由庫(kù)區(qū)參數(shù)設(shè)置，庫(kù)區(qū)數(shù)據(jù)顯示，輸送系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，故障報(bào)警等功能。

庫(kù)區(qū)參數(shù)設(shè)置，用于設(shè)定庫(kù)區(qū)存儲(chǔ)的車型及庫(kù)區(qū)下線車型；讀寫(xiě)系統(tǒng)讀取工件的信息后，會(huì)根據(jù)這些參數(shù)的設(shè)置，進(jìn)入不同的庫(kù)區(qū)及下件。

庫(kù)區(qū)數(shù)據(jù)顯示，用于顯示庫(kù)區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)的工件的位置，類型，顏色等。

輸送系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控：通過(guò)圖形實(shí)時(shí)地顯示設(shè)備的運(yùn)行工況，及元件的動(dòng)作狀態(tài)，如電機(jī)的運(yùn)行、停止，停止器、道岔的動(dòng)作狀況。

報(bào)警功能：當(dāng)裝配線出現(xiàn)故障或設(shè)備本身出現(xiàn)故障時(shí)，能把故障信息輸入到報(bào)警表并在屏幕上進(jìn)行報(bào)警顯示，同時(shí)系統(tǒng)能進(jìn)行聲光報(bào)警。報(bào)警位置并能在動(dòng)態(tài)畫(huà)面上顯示。

5 結(jié)語(yǔ)

懸掛式儲(chǔ)運(yùn)輸送系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高，控制站、讀寫(xiě)站較多，數(shù)據(jù)傳輸量大，對(duì)控制系統(tǒng)的要求較高。通過(guò)采用SIEMENS的PLC和DP網(wǎng)絡(luò)，采用區(qū)域化、功能化設(shè)計(jì)，基本實(shí)現(xiàn)了規(guī)劃要求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，減少了設(shè)備運(yùn)行的故障率，提高了生產(chǎn)效率，能夠滿足較大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)的需求。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域必將有更廣闊的應(yīng)用前景。

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