一、系統(tǒng)概述 西門子上海移動通訊有限公司為了適應市場需求不斷變化，依靠本身生產(chǎn)設備的高度自動化和高效率，對各種型號手機，必須要適時地有效地組織大規(guī)模大批量的生產(chǎn)。要維持設備和生產(chǎn)的高水平和高效率運轉，生產(chǎn)過程中的有關材料、零件、部件和成品的生產(chǎn)配送是否做到有序、均勻、及時和準確就變?yōu)橹陵P重要的問題。過去依靠手工進行生產(chǎn)配送，很容易造成生產(chǎn)設備等料或者生產(chǎn)物料在現(xiàn)場堆積，很容易造成生產(chǎn)現(xiàn)場混亂，嚴重影響生產(chǎn)效率。為解決這個問題，西門子上海移動通訊有限公司在上層ERP中生產(chǎn)管理系統(tǒng)的配合下，在庫房、生產(chǎn)車間和包裝車間之間范圍內(nèi)，建立一個統(tǒng)一的物流自動控制系統(tǒng)，以完成在庫房、生產(chǎn)車間和包裝車間之間的自動生產(chǎn)配送任務。 物流自動控制系統(tǒng)主要是控制輸送系統(tǒng)完成其物料的輸送任務。在環(huán)繞庫房、生產(chǎn)車間和包裝車間場地，距地面 4 米 至 6 米處，設置有由許多皮帶輸送機、滾輪輸送機等組成的一條條輸送鏈，經(jīng)首尾連接形成連續(xù)的空中輸送線。在物料的入口出和出口處設有和路徑叉口裝置、升降機和地面輸送線。這樣在庫房、生產(chǎn)車間和包裝車間范圍內(nèi)形成一個順暢的、封閉的循環(huán)輸送線系統(tǒng)。所有生產(chǎn)過程中使用的有關材料、零件、部件和成品的等物料，都裝在貼有條形碼的防靜電的標準塑料托盤箱里。在生產(chǎn)管理系統(tǒng)發(fā)出的生產(chǎn)指令的作用下，裝有物料的托盤箱從指定的入口處進入輸送系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過掃描托盤箱上的條形碼，查尋生產(chǎn)管理系統(tǒng)的生產(chǎn)指令并與之比較，可自動識別判斷出該托盤箱需要達到目的地出口。系統(tǒng)將按照最佳路徑，控制啟動相應一系列輸送鏈、路徑叉口裝置和升降機，把該托盤箱自動輸送到指定出口。 　　因此，物流自動控制系統(tǒng)利用PLC控制技術，按照生產(chǎn)指令，通過系統(tǒng)的自動識別功能和輸送系統(tǒng)，自動地和柔性地把托盤箱上生產(chǎn)物料，以最佳的路徑，最快的速度，準確地從生產(chǎn)場地的一個位置輸送到另一個位置，完成托盤箱和生產(chǎn)物料的時空轉移，以保證工廠的設備和生產(chǎn)的高效率地運行。 請見圖 4 物流自動控制系統(tǒng)平面圖 二、物流輸送系統(tǒng)的構成與分析 物流自動控制系統(tǒng)的控制對象是主要分布在庫房、生產(chǎn)車間和包裝車間。其分類和作用如下所述： 1．輸送鏈 35 臺皮帶輸送機，主要完成直線輸送。 47臺滾輪輸送機，要完成直線輸送或者彎道輸送，對托盤箱具有存儲集放功能。 2．升降系統(tǒng) 四臺往復垂直式升降機，設在入口處和出口處位置，可使托盤箱往返于地面輸送線和空中輸送線之間，每臺升降機一班要完成大約400個托盤箱輸送。 一臺NERAK 連續(xù)垂直式提升機，設在包裝車間入口處位置，可快速、高效地將地面輸送線的托盤箱輸送到空中輸送線，一班要完成大約1200個托盤箱輸送。 一臺NERAK 連續(xù)垂直式下降機，設在包裝車間出口處位置，可快速、高效地將空中輸送線的托盤箱輸送到地面輸送線，一班要完成大約1200個托盤箱輸送。 3．路徑叉口控制系統(tǒng) 七臺路徑叉口分開控制裝置，其中六臺控制托盤箱從循環(huán)輸送線上分離并輸送進入到連接出口處的支路輸送線；另外一臺控制托盤箱從主循環(huán)輸送線上分離并輸送進入到次循環(huán)輸送線。 七臺路徑叉口合并控制裝置，其中六臺控制托盤箱從入口處的支路輸送線上輸送進入（合并）到循環(huán)輸送線輸；另外一臺控制托盤箱從次循環(huán)輸送線上輸送進入（合并）到主循環(huán)輸送線。 4． 自動識別系統(tǒng) 　　共有13臺固定式條形碼激光掃描儀構成系統(tǒng)對托盤箱的識別裝置。 　　其中 6 臺分別設置在輸送線各物料入口處，檢查進入輸送系統(tǒng)的托盤箱合法性并為其托盤箱建立信息記錄。 　　另外 7 臺分別設置在輸送線各路徑叉口分開控制裝置處，為對托盤箱的輸送路徑控制提供依據(jù)。 5．系統(tǒng)的物料入口和出口 　　六個物料托盤箱入口，分別為庫房、包裝車間、裝配1工作區(qū)、裝配3工作區(qū)、印刷電路板測試工作區(qū)和貼片機工作區(qū)的入口。 　　六個物料托盤箱出口，分別為庫房、包裝車間、裝配1工作區(qū)、裝配3工作區(qū)、印刷電路板測試工作區(qū)和貼片機工作區(qū)的出口。 6．系統(tǒng)的物料托盤箱 　　物料托盤箱是物流輸送系統(tǒng)的基本儲運單元，這里采用的是標準化的防靜電的塑料托盤箱。為了適合在輸送線輸送，托盤箱有統(tǒng)一的長和寬尺寸，600 X 400 MM，高度為150MM、220MM和260 MM 三種規(guī)格。所有物料托盤箱在側面的相同的位置上，都貼有相互不同的具有八位代碼的條形碼標簽。托盤箱在輸送線輸送行走時，這些條形碼標簽可被固定式條形碼激光掃描儀掃描，以作為系統(tǒng)自動識別標志。這里使用近萬個物料托盤箱，但物流輸送系統(tǒng)上同時輸送物料托盤箱的最大設計容量為250個物料托盤箱，大部分物料托盤箱作為生產(chǎn)周轉和生產(chǎn)存儲使用。 　　通過上述對系統(tǒng)控制對象的具體構成和作用的分析，為了把物料托盤箱按照其生產(chǎn)指令，從指定的物料入口自動輸送到物料出口，托盤箱在自動輸送過程中的路徑控制就成為物流自動控制系統(tǒng)的技術關鍵，而其他都是圍繞路徑控制進行相應工作。根據(jù)系統(tǒng)只有六個物料入口和六個物料出口，系統(tǒng)可供選擇的最多路徑數(shù)： 6入口出 X 5出口處 = 30 路徑。 三、控制系統(tǒng)硬件結構 　　該系統(tǒng)是以一臺西門子公司的PLC S7-300 CPU318-2DP為核心，現(xiàn)場工業(yè)總線Profibus-DP網(wǎng)絡為基礎，ET200為主要控制模塊，構成一個分布式控制系統(tǒng)。在CPU318-2DP里運行著由STEP 7 語言編制的系統(tǒng)控制程序，控制著物流輸送系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)相關的控制和檢測部分都是通過現(xiàn)場工業(yè)總線Profibus-DP網(wǎng)絡連接到PLC S7-300 上。PLC控制程序同樣是通過Profibus-DP網(wǎng)絡，控制著系統(tǒng)各部分相互協(xié)調(diào)地工作運行，達到物流控制目的。 　　在PLC上配置了一塊工業(yè)以態(tài)網(wǎng)卡 CP343-1 ICP。通過網(wǎng)卡上的RJ45端口,利用TCP/IP協(xié)議,經(jīng)以太網(wǎng)的形式接入公司內(nèi)部的管理網(wǎng)絡，使物流自動控制系統(tǒng)與公司里ERP的生產(chǎn)管理系統(tǒng)融合在一起。通過該通訊通道，使PLC能夠接受上層生產(chǎn)管理系統(tǒng)的生產(chǎn)指令，控制托盤箱在輸送線上的運行。同時PLC可把物流自動控制系統(tǒng)運行和生產(chǎn)指令執(zhí)行情況，向上層上層生產(chǎn)管理系統(tǒng)反饋。 　　PLC CPU318-2DP上本身具有一個Profibus-DP端口。以這個端口為Profibus-DP主站，向外連延伸著一條Profibus-DP總線，連接著現(xiàn)場26 的子站。實際上就是通過Profibus-DP總線，連接著分布在現(xiàn)場的有關物流自動控制系統(tǒng)的各個控制部分。具體的連接對象包括以下幾個方面： 1．200分布式控制裝置 　　在現(xiàn)場輸送線附近分別分布著 23個ET200B模塊，做為Profibus-DP總線的子站，直接控制著各個輸送鏈、升降系統(tǒng)、路徑叉口控制和系統(tǒng)的物料入口和出口，即輸送系統(tǒng)的絕大部分執(zhí)行控制單元和傳感器。 2．WinCC人機界面終端 　　在生產(chǎn)車間和包裝車間里分別設置一臺計算機終端，通過插入CP5611卡，連接到Profibus-DP總線上。計算機上運行西門子公司的工業(yè)組態(tài)軟件 WinCC，用于監(jiān)控物流自動控制系統(tǒng)各部分運行狀態(tài)。 3．自動識別系統(tǒng) 　　在現(xiàn)場由一個工業(yè)多路轉換器MX4000和分布在輸送線附近的不同位置的13個固定式條形碼激光掃描儀，通過RS485總線連接，構成一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。經(jīng)條形碼激光掃描儀掃描托盤箱上的條形碼，獲得的條形碼信息匯總到工業(yè)多路轉換器MX4000。由于MX4000是掛在Profibus-DP總線上一個子站，PLC CPU318-2DP程序可以直接處理這些匯總的托盤箱條形碼，對托盤箱進行識別。由此而形成一個自動識別系統(tǒng)。 四、物流控制的基本工作原理 　　控制系統(tǒng)為了讓已進入輸送線的托盤箱能夠沿著正確的輸送路徑到達所需的目的地，系統(tǒng)為之在PLC CPU318-2DP里建立了一個實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。當某個托盤箱進入物流輸送線時，系統(tǒng)立刻在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中為該托盤箱建立一條記錄，存放著該托盤箱有關的信息。 每條托盤箱的信息記錄格式如下： 　　信息記錄格式的第二部分――路徑控制碼，決定著該托盤箱在輸送過程中的路徑控制。PLC程序可利用相應功能塊對實時數(shù)據(jù)庫進行操作，如托盤箱信息記錄的查詢(FC511)、插入(FC512)和刪除(FC513)。建立在PLC中的實時數(shù)據(jù)庫為系統(tǒng)控制托盤箱在輸送線上運行路徑提供了重要依據(jù)。 物流自動控制系統(tǒng)的工作過程主要分為以下幾個步驟： 1．生產(chǎn)管理系統(tǒng)中生產(chǎn)指令的產(chǎn)生 　　在輸送線的各入口處，操作人員按照生產(chǎn)計劃，把物料按種類裝入不同的托盤箱，再通過手持式條形碼激光掃描儀把這些托盤箱的條形碼輸入到生產(chǎn)管理系統(tǒng)中。生產(chǎn)管理系統(tǒng)對收到的每個托盤箱條形碼，依據(jù)生產(chǎn)調(diào)度計劃，立即產(chǎn)生一條該托盤箱的生產(chǎn)指令，并放入到生產(chǎn)指令表格中，以便物流自動控制系統(tǒng)查找。每條生產(chǎn)指令內(nèi)容由三部分組成：該托盤箱上的條形碼代碼，該托盤箱在輸送線上的入口位置和出口位置。 2．物流入口處的查詢 　　當操作人員把準備好的托盤箱放入某入口處的滾輪輸送機時，托盤箱會運動到輸送機中間位置停下來，此時PLC控制該入口處固定式條形碼激光掃描儀，獲取該托盤箱的條形碼，并依此條形碼向上層生產(chǎn)管理系統(tǒng)的生產(chǎn)指令表格查詢該托盤箱信息。根據(jù)返回信息，可能會出現(xiàn)兩種情況： 　　a. 該托盤箱在生產(chǎn)指令表格中不存在，或者存在但入口位置不符，說明此托盤箱是非法的，不該進入物流輸送系統(tǒng)，PLC會立即控制開啟入口處的聲光報警器，通知操作人員把此托盤箱從輸送機上手工搬走。 　　b. 該托盤箱在生產(chǎn)指令表格中存在，并切入口位置相符，說明此托盤箱是合法的，系統(tǒng)可接受。一方面PLC控制入口輸送機繼續(xù)轉動，讓此托盤箱進入物流輸送系統(tǒng)；另一方面，PLC為此托盤箱在實時數(shù)據(jù)庫中建立一條記錄。條形碼寫入記錄第一部分。PLC根據(jù)生產(chǎn)指令中指明的此托盤箱的出口位置和實際輸送路徑，計算出路