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開放式控制解決方案助力實現(xiàn)跨系統(tǒng)通信

倍福為昆明船舶設備集團有限公司下屬的昆船智能實施的自動化試驗、存儲立體倉庫項目在幫助他們提升系統(tǒng)效率的同時，還體現(xiàn)了智能制造特點。倍福開放、緊湊的控制技術是該項目成功實施的關鍵。

昆船智能技術股份有限公司（簡稱昆船智能）隸屬于中國船舶集團下屬的昆明船舶設備集團有限公司。現(xiàn)有職工1800余人，其中專業(yè)技術人員1000余人，資產總額近30億元（人民幣）。公司主要業(yè)務包括倉儲及電子商務物流自動化設備和系統(tǒng)的開發(fā)、設計和系統(tǒng)集成。昆船智能是先進制造業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)深度融合的新型企業(yè)，在中國自動化物流系統(tǒng)行業(yè)確立了領導品牌地位，他們先后采用倍福技術開發(fā)了滑靴式分揀設備、交叉帶分揀設備、多層穿梭車、環(huán)形穿梭車、AGV等設備。

昆船智能在承接自動化試驗、存儲立體倉庫項目時，公司決定將其也用作現(xiàn)代物流倉庫的試驗場。新的總裝集配中心主要用于總裝車間設備零部件的倉儲配送，項目目標是實現(xiàn)產品零部件的規(guī)范化管理，提升信息化管理水平。昆船智能經(jīng)公司相關部門領導的商討，選擇倍福作為其控制系統(tǒng)供應商，以提高其自身電控產品平臺的豐富多樣性，同時探索類似高級語言編程，以及基于PC平臺在整線控制上的性能。

系統(tǒng)架構及控制功能

在最終配置中，數(shù)據(jù)庫服務器和調度服務器處于系統(tǒng)架構高層，負責生產數(shù)據(jù)管理及與MES、ERP系統(tǒng)的交互、調度任務下發(fā)等。本地PLC控制器、堆垛機單元及其它系統(tǒng)處于平級控制。稱重單元、輥道輸送系統(tǒng)、二維碼識別系統(tǒng)、外觀檢測系統(tǒng)、操作員終端作為本地PLC控制器的子系統(tǒng)，受本地控制器的控制。

系統(tǒng)功能分為出入庫控制、物料查詢、物料管理等單元。在入庫過程中，托盤通過叉車搬運到入口處，并放置到通過PLC控制的輥道輸送系統(tǒng)上。當輥道輸送系統(tǒng)移動這些貨品時，系統(tǒng)會讀取托盤上含有貨品信息的二維碼，控制器將二維碼信息傳輸給下一個輥道。掃碼后的托盤首先進入到外觀檢測區(qū)域進行外觀體積的檢測，根據(jù)不同的體積進入不同的輥道，然后，托盤移至地上衡進行稱重，這些體積重量信息被添加到托盤信息中，調度系統(tǒng)根據(jù)這些信息選擇合適的貨位來存放托盤。

此時，被稱為堆垛機的入庫和出庫單元向輸送機端頭方向運行出來接貨，托盤往相應的端頭方向走，當雙方都到端頭后，本地PLC與堆垛機進行握手通信，堆垛機根據(jù)調度系統(tǒng)的要求將貨物放到相應貨位。出庫過程相比較為簡單，操作人員之只需根據(jù)訂單要求查詢物料，并激活托盤上的出庫物品，這些物品就會從貨架上自動走到出口處等待提取。

基于PC的開放式控制技術簡化通信過程

輥道輸送機的控制基本都是基于邏輯控制，比較簡單，相對來說，倉儲設備與上位層系統(tǒng)之間的通信顯得較為復雜。系統(tǒng)的控制難點包括如何能夠穩(wěn)定地進行設備間的數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)出現(xiàn)故障后如何能夠快速恢復等。相對于傳統(tǒng)PLC控制，CX2020嵌入式控制器支持所有這些過程，并無需使用額外的PC設備。

據(jù)昆船智能介紹，與傳統(tǒng)控制技術相比，倍福PC控制技術的優(yōu)勢在于設備的互通互聯(lián)、高速性、高精度控制等方面。總體來說，PC控制技術的系統(tǒng)開放性簡化了項目中的通信。在這個項目中，通過在本地PLC中安裝的PROFINET通信協(xié)議選件包實現(xiàn)與堆垛機單元的PROFINET通信；通過Modbus TCP選件包實現(xiàn)與二維碼識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互是，通過安裝TCP/IP選件包實現(xiàn)與外觀檢測系統(tǒng)的UDP通信。此外，控制器可以使用TwinCAT Database Server直接與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互，將相關的重量、外觀和尺寸信息等直接寫入數(shù)據(jù)庫中。嵌入式控制器可以與倍福控制面板CP2912結合，形成一個集成在控制柜中的緊湊型控制單元，無需使用單獨的操作終端。

此外，PC控制系統(tǒng)的互聯(lián)互通性還體現(xiàn)在它支持VPN通信。客戶的技術中心在市區(qū)，而倉庫在工業(yè)園，兩地之間距離有10多公里，當設備有問題時，客戶可以從技術中心遠程登錄控制系統(tǒng)，方便指導現(xiàn)場人員對故障進行排查。

緊湊型I/O模塊的使用降低硬件成本.“物流行業(yè)現(xiàn)在競爭激烈得很，對我們來說，降低成本是重中之重。相比我們以前使用的其他家系統(tǒng)相比，采用倍福的16通道高密度端子模塊后，整體硬件成本降低了 30%左右。”負責這個項目電控設計的楊新麗工程師說道。

系統(tǒng)一共設計了5個地上衡，它們通過EL6631 PROFINET RT控制器/設備都端子模塊連接EtherCAT總線。“倍福EtherCAT網(wǎng)關模塊配置靈活方便，我們之前使用的其他供應商的網(wǎng)關模塊都需要使用獨立的軟件進行配置，而倍福的EtherCAT網(wǎng)關的配置可以通過TwinCAT軟件方便、穩(wěn)定地完成。”昆船智能公司負責項目調試的馮立源工程師說道。

高效開發(fā)縮短項目實施時間

倍福的軟件和硬件可以分開開發(fā)調試，軟件工程師不需要了解硬件就可以編寫和調試程序。硬件工程師只需要按照點表要求把變量點與實際硬件點鏈接起來即可。專業(yè)化的分工使得工程師有更多的精力來優(yōu)化系統(tǒng)；軟件和硬件可以同時開工實施，到差不多時再結合起來聯(lián)調，減少項目的實施周期。此外，當某個硬件通道損壞后硬件工程師只需把當前的變量鏈接解綁，重新綁定到另外一個通道即可，不需要修改運行程序的源代碼。

程序的仿真運行也是TwinCAT的強項。“我們的軟件在開發(fā)好后都需要先與TIMMS VCCS軟件進行聯(lián)機仿真調試，倍福在仿真運行這塊確實做得好，我的電腦在裝好TwinCAT后就成了一個算力強大的控制器，能夠直接找到程序中的錯誤。”馮立源工程師解釋說道。TwinCAT支持所有6種IEC 61131-3編程語言，各種編程語言可以在一個項目中混用。梯形圖（LD）編程語言的邏輯比較直觀明了，可以用于控制輥道機；結構化文本（ST）編程語言用于實現(xiàn)Modbus TCP通信、UDP調試和算術運算。

對未來的展望

隨著智慧工廠、工業(yè)4.0概念的提出，未來的物流自動化也要朝著智能化、信息化的方向發(fā)展，昆船智能認為，傳統(tǒng)的“黑盒子”PLC控制是一個封閉的平臺，無法實現(xiàn)所需的新功能，而基于PC的控制技術本身就是PC技術的一個分支，具備了在同一個平臺上實現(xiàn)自動化、智能化和信息化融合的條件。“在這個項目中，我們看到了PC控制技術的巨大潛力，在下一個項目中，我們可能會考慮采用一臺功能更強大的PC控制系統(tǒng)來替代目前的服務器工作，這樣又可以幫我們節(jié)省兩臺服務器的開支。”楊新麗工程師總結說道。