基于 PC 和 EtherCAT 的控制技術(shù)在自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)物流中的應(yīng)用

開(kāi)放式控制解決方案助力實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)通信

倍福為昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司下屬的昆船智能實(shí)施的自動(dòng)化試驗(yàn)、存儲(chǔ)立體倉(cāng)庫(kù)項(xiàng)目在幫助他們提升系統(tǒng)效率的同時(shí)，還體現(xiàn)了智能制造特點(diǎn)。倍福開(kāi)放、緊湊的控制技術(shù)是該項(xiàng)目成功實(shí)施的關(guān)鍵。

昆船智能技術(shù)股份有限公司（簡(jiǎn)稱昆船智能）隸屬于中國(guó)船舶集團(tuán)下屬的昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司。現(xiàn)有職工 1800 余人，其中專業(yè)技術(shù)人員 1000 余人，資產(chǎn)總額近 30 億元（人民幣）。公司主要業(yè)務(wù)包括倉(cāng)儲(chǔ)及電子商務(wù)物流自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成。昆船智能是先進(jìn)制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)深度融合的新型企業(yè)，在中國(guó)自動(dòng)化物流系統(tǒng)行業(yè)確立了領(lǐng)導(dǎo)品牌地位，他們先后采用倍福技術(shù)開(kāi)發(fā)了滑靴式分揀設(shè)備、交叉帶分揀設(shè)備、多層穿梭車、環(huán)形穿梭車、AGV 等設(shè)備。

適合 DIN 導(dǎo)軌安裝的 CX2020 嵌入式控制器用作邏輯控制器和通信服務(wù)器；同時(shí)，它也支持現(xiàn)場(chǎng)操作和遠(yuǎn)程維護(hù)

昆船智能在承接自動(dòng)化試驗(yàn)、存儲(chǔ)立體倉(cāng)庫(kù)項(xiàng)目時(shí)，公司決定將其也用作現(xiàn)代物流倉(cāng)庫(kù)的試驗(yàn)場(chǎng)。新的總裝集配中心主要用于總裝車間設(shè)備零部件的倉(cāng)儲(chǔ)配送，項(xiàng)目目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)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(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)的商討，選擇倍福作為其控制系統(tǒng)供應(yīng)商，以提高其自身電控產(chǎn)品平臺(tái)的豐富多樣性，同時(shí)探索類似高級(jí)語(yǔ)言編程，以及基于 PC 平臺(tái)在整線控制上的性能。

系統(tǒng)架構(gòu)及控制功能

在最終配置中，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和調(diào)度服務(wù)器處于系統(tǒng)架構(gòu)高層，負(fù)責(zé)生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理及與MES、ERP系統(tǒng)的交互、調(diào)度任務(wù)下發(fā)等。本地 PLC 控制器、堆垛機(jī)單元及其它系統(tǒng)處于平級(jí)控制。稱重單元、輥道輸送系統(tǒng)、二維碼識(shí)別系統(tǒng)、外觀檢測(cè)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(kù)控制、物料查詢、物料管理等單元。在入庫(kù)過(guò)程中，托盤通過(guò)叉車搬運(yùn)到入口處，并放置到通過(guò) PLC 控制的輥道輸送系統(tǒng)上。當(dāng)輥道輸送系統(tǒng)移動(dòng)這些貨品時(shí)，系統(tǒng)會(huì)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(gè)輥道。掃碼后的托盤首先進(jìn)入到外觀檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行外觀體積的檢測(cè)，根據(jù)不同的體積進(jìn)入不同的輥道，然后，托盤移至地上衡進(jìn)行稱重，這些體積重量信息被添加到托盤信息中，調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)這些信息選擇合適的貨位來(lái)存放托盤。

基于 PC 的開(kāi)放式控制技術(shù)簡(jiǎn)化通信過(guò)程

輥道輸送機(jī)的控制基本都是基于邏輯控制，比較簡(jiǎn)單，相對(duì)來(lái)說(shuō)，倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備與上位層系統(tǒng)之間的通信顯得較為復(fù)雜。系統(tǒng)的控制難點(diǎn)包括如何能夠穩(wěn)定地進(jìn)行設(shè)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(fù)等。相對(duì)于傳統(tǒng) PLC 控制，CX2020 嵌入式控制器支持所有這些過(guò)程，并無(wú)需使用額外的 PC 設(shè)備。

高密度 I/O 組件的使用降低了硬件成本，減少了控制柜中占用的空間

據(jù)昆船智能介紹，與傳統(tǒng)控制技術(shù)相比，倍福 PC 控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備的互通互聯(lián)、高速性、高精度控制等方面。總體來(lái)說(shuō)，PC 控制技術(shù)的系統(tǒng)開(kāi)放性簡(jiǎn)化了項(xiàng)目中的通信。在這個(gè)項(xiàng)目中，通過(guò)在本地 PLC 中安裝的 PROFINET 通信協(xié)議選件包實(shí)現(xiàn)與堆垛機(jī)單元的 PROFINET 通信；通過(guò) Modbus TCP 選件包實(shí)現(xiàn)與二維碼識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互是，通過(guò)安裝 TCP/IP 選件包實(shí)現(xiàn)與外觀檢測(cè)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(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將相關(guān)的重量、外觀和尺寸信息等直接寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中。嵌入式控制器可以與倍福控制面板 CP2912 結(jié)合，形成一個(gè)集成在控制柜中的緊湊型控制單元，無(wú)需使用單獨(dú)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(shù)中心在市區(qū)，而倉(cāng)庫(kù)在工業(yè)園，兩地之間距離有 10 多公里，當(dāng)設(shè)備有問(wèn)題時(shí)，客戶可以從技術(shù)中心遠(yuǎn)程登錄控制系統(tǒng)，方便指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)故障進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)激烈得很，對(duì)我們來(lái)說(shuō)，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(fù)責(zé)這個(gè)項(xiàng)目電控設(shè)計(jì)的楊新麗工程師說(shuō)道。

系統(tǒng)一共設(shè)計(jì)了 5 個(gè)地上衡，它們通過(guò) EL6631 PROFINET RT 控制器/設(shè)備都端子模塊連接 EtherCAT 總線。“倍福 EtherCAT 網(wǎng)關(guān)模塊配置靈活方便，我們之前使用的其他供應(yīng)商的網(wǎng)關(guān)模塊都需要使用獨(dú)立的軟件進(jìn)行配置，而倍福的 EtherCAT 網(wǎng)關(guān)的配置可以通過(guò) TwinCAT 軟件方便、穩(wěn)定地完成。”昆船智能公司負(fù)責(zé)項(xiàng)目調(diào)試的馮立源工程師說(shuō)道。

EtherCAT 網(wǎng)關(guān)端子模塊能夠輕松將地上衡（以 PROFINET 節(jié)點(diǎn)的形式）連接到控制系統(tǒng)中。

高效開(kāi)發(fā)縮短項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間

倍福的軟件和硬件可以分開(kāi)開(kāi)發(fā)調(diào)試，軟件工程師不需要了解硬件就可以編寫和調(diào)試程序。硬件工程師只需要按照點(diǎn)表要求把變量點(diǎn)與實(shí)際硬件點(diǎn)鏈接起來(lái)即可。專業(yè)化的分工使得工程師有更多的精力來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)；軟件和硬件可以同時(shí)開(kāi)工實(shí)施，到差不多時(shí)再結(jié)合起來(lái)聯(lián)調(diào)，減少項(xiàng)目的實(shí)施周期。此外，當(dāng)某個(gè)硬件通道損壞后硬件工程師只需把當(dāng)前的變量鏈接解綁，重新綁定到另外一個(gè)通道即可，不需要修改運(yùn)行程序的源代碼。

程序的仿真運(yùn)行也是 TwinCAT 的強(qiáng)項(xiàng)。“我們的軟件在開(kāi)發(fā)好后都需要先與 TIMMS VCCS 軟件進(jìn)行聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試，倍福在仿真運(yùn)行這塊確實(shí)做得好，我的電腦在裝好 TwinCAT 后就成了一個(gè)算力強(qiáng)大的控制器，能夠直接找到程序中的錯(cuò)誤。”馮立源工程師解釋說(shuō)道。TwinCAT 支持所有 6 種 IEC 61131-3 編程語(yǔ)言，各種編程語(yǔ)言可以在一個(gè)項(xiàng)目中混用。梯形圖（LD）編程語(yǔ)言的邏輯比較直觀明了，可以用于控制輥道機(jī)；結(jié)構(gòu)化文本（ST）編程語(yǔ)言用于實(shí)現(xiàn) Modbus TCP 通信、UDP 調(diào)試和算術(shù)運(yùn)算。

對(duì)未來(lái)的展望

隨著智慧工廠、工業(yè)4.0概念的提出，未來(lái)的物流自動(dòng)化也要朝著智能化、信息化的方向發(fā)展，昆船智能認(rèn)為，傳統(tǒng)的“黑盒子”PLC 控制是一個(gè)封閉的平臺(tái)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)所需的新功能，而基于 PC 的控制技術(shù)本身就是 PC 技術(shù)的一個(gè)分支，具備了在同一個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化和信息化融合的條件。“在這個(gè)項(xiàng)目中，我們看到了 PC 控制技術(shù)的巨大潛力，在下一個(gè)項(xiàng)目中，我們可能會(huì)考慮采用一臺(tái)功能更強(qiáng)大的 PC 控制系統(tǒng)來(lái)替代目前的服務(wù)器工作，這樣又可以幫我們節(jié)省兩臺(tái)服務(wù)器的開(kāi)支。”楊新麗工程師總結(jié)說(shuō)道。