PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線在寶雞卷煙廠自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

劉慶明

陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司寶雞卷煙廠 721013

PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線在寶雞卷煙廠自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

劉慶明

陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司寶雞卷煙廠 721013

自動(dòng)化物流系統(tǒng)以西門子S7-400系列PLC為基礎(chǔ)，采用工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線等先進(jìn)技術(shù)，將上位監(jiān)控、現(xiàn)場觸摸屏、現(xiàn)場輸送設(shè)備、變頻器等連接組合成一個(gè)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控及信息共享，為企業(yè)原輔材料及成品高效儲(chǔ)存、管理、決策奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

自動(dòng)化物流系統(tǒng)；以太網(wǎng)；PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線

自動(dòng)化物流系統(tǒng)集機(jī)、電、光、網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線及信息技術(shù)等為一體, 采用巷道式自動(dòng)堆垛機(jī)、條碼自動(dòng)識(shí)別儀、紅外線通訊、激光定位導(dǎo)引、機(jī)器人自動(dòng)碼垛、網(wǎng)絡(luò)通訊等先進(jìn)技術(shù)，提高了倉庫空間利用率、加快了貨物存取速度，減輕了人員勞動(dòng)強(qiáng)度及庫存資金積壓，有效提升了企業(yè)自動(dòng)化、信息化、智能化生產(chǎn)管理水平，使企業(yè)信息得到及時(shí)共享，使合理安排生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率成為可能。

在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線技術(shù)有著重要的應(yīng)用領(lǐng)域，如寶雞卷煙廠自動(dòng)化物流系統(tǒng)（包括配方、輔料、成品、嘴棒共四個(gè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)）中就大量應(yīng)用了Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)，

下面以具有代表性的輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。

1、輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)總體概況及主要設(shè)備

輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)煙支卷接與包裝所需輔料按一定比例進(jìn)行合理配盤，按“先進(jìn)先出”、“出庫優(yōu)先”的原則進(jìn)行出入庫作業(yè)，并按要求將所需輔料自動(dòng)運(yùn)送至各卷接包機(jī)臺(tái)，并能完成輔料數(shù)量、質(zhì)檢、入庫、出庫等信息的全程跟蹤、查詢、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、打印功能。

輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)總庫存貨位2340個(gè)。主要設(shè)備有：巷道式堆垛機(jī)（3臺(tái)，日本豐田公司）負(fù)責(zé)自立庫區(qū)存取輔料托盤；AGV激光導(dǎo)引小車（6臺(tái)，羅格萊公司）負(fù)責(zé)將輔料托盤自立庫出貨口運(yùn)至各要料卷接包機(jī)臺(tái)并將機(jī)臺(tái)余料或空托盤運(yùn)回立庫空托盤及余料回收口；高速往復(fù)式穿梭車（1臺(tái)，DEMATIC公司）及輸送設(shè)備（60余臺(tái)套，DEMATIC公司）負(fù)責(zé)在各貨位之間輸送輔料托盤。

設(shè)備平面布局分為入庫區(qū)、立庫區(qū)和出庫區(qū)。

入庫區(qū)負(fù)責(zé)卷煙輔料的入庫，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，作出各品牌卷煙所需輔料的備料配盤，入庫區(qū)對(duì)空托盤組自動(dòng)分發(fā)以滿足入庫所需單個(gè)空托盤，并對(duì)已經(jīng)配好料的托盤進(jìn)行條碼掃描，并將該托盤輔料信息與條碼進(jìn)行一體式記憶。立庫區(qū)負(fù)責(zé)貯存已經(jīng)配好盤的輔料。出庫區(qū)負(fù)責(zé)根據(jù)各卷接包機(jī)臺(tái)的要料需求，從立庫區(qū)按照先進(jìn)先出原則將所需輔料盤出庫，之后由全自動(dòng)AGV小車運(yùn)送至各生產(chǎn)機(jī)臺(tái)，并對(duì)余料及空托盤進(jìn)行及時(shí)回收。

2、輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)化物流系統(tǒng)分為倉庫管理WMS系統(tǒng)和倉庫控制WCS系統(tǒng)。

倉庫管理WMS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物料信息的收集、處理、傳送、存儲(chǔ)和分析，倉庫管理人員可以查看庫內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、物料儲(chǔ)存信息，全面了解倉庫的儲(chǔ)運(yùn)情況，并將出入庫任務(wù)及時(shí)下達(dá)至倉庫控制WCS系統(tǒng)。

倉庫控制WCS系統(tǒng)對(duì)WMS系統(tǒng)下達(dá)的物料出入庫任務(wù)依據(jù)任務(wù)均衡、路徑最短、優(yōu)先級(jí)調(diào)度、堵塞就近處理等原則，通過各種通訊方式與物料輸送機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行信息交互，完成WMS系統(tǒng)下達(dá)的物料入庫、出庫、質(zhì)量抽檢、盤點(diǎn)等任務(wù)，并實(shí)時(shí)向WMS系統(tǒng)反饋設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)及庫存等信息，協(xié)調(diào)控制輸送機(jī)、堆垛機(jī)、穿梭車及自動(dòng)引導(dǎo)小車等現(xiàn)場設(shè)備的相互配合運(yùn)轉(zhuǎn)，并將各現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和通訊數(shù)據(jù)向WMS系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。

3、PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)及在WCS系統(tǒng)中的應(yīng)用

PROFIBUS，是一種國際化，開放式。不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。由3個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。Profibus可使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場底層到車間級(jí)網(wǎng)絡(luò)化，與其他現(xiàn)場總線相比，Profibus的重要優(yōu)點(diǎn)是具有穩(wěn)定的國際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性，它包括了加工制造、過程和數(shù)字自動(dòng)化等廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，并可同時(shí)實(shí)現(xiàn)集中控制、分散控制和混合控制三種方式。

PROFIBUS主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從方式。令牌傳遞程序保證每個(gè)主站在一個(gè)確切規(guī)定的時(shí)間內(nèi)得到總線存取權(quán)（令牌），令牌在所有主站中循環(huán)一周的最長時(shí)間是事先規(guī)定的。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進(jìn)行。主站得到總線存取令牌時(shí)可依照主-從通信關(guān)系表與所有從站通信，向從站發(fā)送或讀取信息，也可依照主-主通信關(guān)系表與所有主站通信。

W C S系統(tǒng)采用西門子P C I L 4 3 PIV工控機(jī)作上位機(jī)，通過SIEMENS CP1613與工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)（菲尼克斯14TX/2FX）相連，同時(shí)主控S7-400系列PLC及自動(dòng)巷道式堆垛機(jī)也與工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)相連，主控PLC系統(tǒng)則通過CPU模塊自帶的PROFIBUS-DP接口與分布在各現(xiàn)場的帶PROFIBUS-DP接口的設(shè)備（如條碼掃描儀、變頻器、分布式I/O、現(xiàn)場顯示及操作終端等）完成輔料物流自動(dòng)化系統(tǒng)組態(tài)、運(yùn)行、操作等功能。

采用帶Profibus－DP接口的S7－400系列PLC作為系統(tǒng)的過程控制主站，將分布在現(xiàn)場的智能設(shè)備與各種分布式I/O從站通過Profibus總線進(jìn)行連接并實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息交換（如數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設(shè)定等）及過程控制。Profibus站的分布式I/O選用ET200S系列模塊；操作員終端（DIGITAL GP2500-TC41～24W）、條碼設(shè)備(CLV421)等都帶有Profibus－DP接口,作為Profibus－DP的從站。

設(shè)備控制層的主要設(shè)備組成：由主控制柜、配電柜、現(xiàn)場控制柜、分布式I/O、現(xiàn)場操作員終端、現(xiàn)場總線組件等組成?？刂葡到y(tǒng)可以獨(dú)立完成自動(dòng)化物流系統(tǒng)所有設(shè)備的運(yùn)行、停機(jī)、故障報(bào)警等各種過程控制，通過現(xiàn)場操作員終端，可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)/自動(dòng)切換、對(duì)每臺(tái)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)操作及狀態(tài)指示等功能。

PROFIBUS-DP用于現(xiàn)場設(shè)備級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時(shí)間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時(shí)間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。PROFIBUS-DP是一種高速、低成本通信，專門用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/ O的通信,使用PROFIBUS-DP可取代24V DC或4～20mA信號(hào)傳輸，不僅可節(jié)約大量信號(hào)傳輸電纜，更重要的是可以提高信息交互速率及可靠性，較傳統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)信號(hào)采集方式而言，具有顯著的優(yōu)越性。

4、應(yīng)用體會(huì)

Profibus－DP現(xiàn)場總線技術(shù)在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的大量應(yīng)用，不僅使員工從簡單、重復(fù)的勞動(dòng)中解脫出來，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種原料、輔料和成品使用情況的科學(xué)統(tǒng)計(jì)、分析和有效管理，而且有效提升了企業(yè)的自動(dòng)化水平和競爭實(shí)力，將成為自動(dòng)化物流系統(tǒng)控制領(lǐng)域的主流方向。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.046