码垛生产线物流控制系统设计..doc

码垛生产线物流控制系统设计 The design of palletizing line logistics control system 谢晋1，张伟1，金杰峰2，楼向明2 XIE Jin1，ZHANG Wei1，JIN Jie-feng2，LOU Xiang-ming2 （1.中国计量学院 机电工程学院，杭州 310018；2.杭州娃哈哈研究院，杭州 310009） 摘要: 文章针对娃哈哈公司的码垛生产线，设计了一套以西门子PLC为控制核心，采用西门子人机界面作为人机交互工具的物流控制系统。该系统实现了产品整列控制、栈板输送控制、系统的实时监控等功能。从系统总体结构、控制系统硬件设计、控制系统软件设计、人机交互界面等方面进行了详细的介绍。经过调试测试投入运行后系统运行可靠、参数设置简便、监控界面明晰，为企业提高生产效率、改善劳动条件、优化作业布局做出了贡献。 关键词：码垛生产线；物流；PLC；人机交互界面 中图分类号：TP278 文献标识码：A 0 引言 所谓码垛就是按照集成单元化的思想，将一件件的物料按照一定的模式堆码成垛，以便使单元化的物垛实现物料的存储、搬运、装卸运输等物流活动。 码垛生产线物流系统属于一种集成化的系统，其应用的数量和质量标志着企业生产自动化的先进水平。在我国食品、医药、化工、物流等劳动强度大、生产量大、工伤事故率高的行业规模化成型产品物流生产线的应用还几为空白。企业对车间级自动化物流生产线的需求表现出非常旺盛的态势，因此具有较大的市场空间。 文章介绍的是一套基于PLC控制的码垛生产线物流控制系统。实现对娃哈哈306×243×172mm（长×宽×高）280ml营养快线，430×219×92mm（长×宽×高）125ml小爽歪歪，387×264×120mm（长×宽×高）200ml大爽歪歪三种产品的码垛。首先根据具体工艺过程分析出控制要求制定出整体的控制系统框架。其次，使用西门子STEP7对系统进行硬件组态，采用模块化的软件设计方法使用梯形图和语句表编写系统控制程序。使用WinCC Flexible完成对监控画面的绘制。最后对系统进行联机仿真调试。 1 系统总体结构介绍 物流控制系统对码垛生产线功能的实现及作业性能的保障起着至关重要的作用。码垛生产线的物流装置可分为整列和栈板供给两个功能模块，由同一控制系统控制运行。图1和图2分别为码垛生产线物流系统整列部分机械结构图和码垛部分机械结构图。 图1 整列部分机械结构图 图2 栈板供给部分机械结构图 系统采用了西门子S7-300 PLC作为控制器，CPU为315-2PN/DP。以西门子KTP1000触摸屏作为操作屏，触摸屏与PLC之间采用以太网通讯。系统各电机均由变频器驱动，采用丹佛斯VLT-2800系列。变频器均由PLC通过Profibus-DP总线控制。除电机外，其它诸如箱子转向、推箱升降、栈板夹持等动作采用气缸驱动，由PLC通过点对点的方式直接控制电磁阀的动作实现。另有各个开关按钮作为操作装置，光电开关和接近开关作为检测器件，由电磁阀和气缸驱动相关机构动作。 码垛生产线物流控制系统架构如图3所示。 图3 码垛生产线物流控制系统架构图 2 控制系统硬件设计 根据工程项目要求，控制系统的硬件模块选择与配置如图4所示 图4 硬件模块选择与配置 在导轨2号槽位置安装CPU模块。由于控制系统中有以CPU作为主站和变频器作为从站的PROFIBUS-DP网络。并且触摸屏与PLC之间采用以太网通讯。因此选择同时集成了以太网接口和PN端口的CPU 315-2 PN/DP以满足系统需要。 本项目不需要拓展机架，所以3号槽空出不安装模块。从4号槽开始安装I/O模块。根据系统控制要求，系统中需要的数字量输入共有51个，数字量输出有13个，无模拟量输入输出。考虑到今后的调整和扩充加上10%—15%的备用量。因此在4、5两槽各配置一块32点的数字量输入模块SM321，在6槽配置一块32点的输出模块SM322。所有模块的地址均采用系统默认地址。将I/O模块的地址分配给机器人码垛生产线上的传感器和执行器。输入/输出地址如表1所示。 表1 I/O分配表 输入 功能 输出 功能 I0.0 ~I0.1 急停，主机手动/自动 Q0.0 拉距机抱闸 I0.2~I0.3 主机启动与停止 Q0.1 推箱机构抱闸 I0.4~I0.6 整列手动/自动，整列启动，整列停止 Q0.2 栈板供给区抱闸 I0.7~I1.0 推箱前进与后退 Q0.3 板仓升降抱闸 I1.1~I1.2 推箱上升与下降 Q0.4 码垛区抱闸 I1.3~I1.5 转向顶出，转向退回，板仓手动/自动 Q0.5 主机启动指示灯 I1.6~I1.7 栈板输送带启动垛输送带启动 Q0.