西門子 S7-200 SMART PLC在AGV央調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用
一、項(xiàng)目介紹
1.應(yīng)用簡(jiǎn)述:AGV是無(wú)人搬運(yùn)車(Automated Guided Vehicle)的英文縮寫。是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置,能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛,具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車,AGV屬于輪式移動(dòng)機(jī)器人(WMR――Wheeled Mobile Robot)的范疇。AGV以輪式移動(dòng)為特征,較之步行、爬行或其它非輪式的移動(dòng)機(jī)器人具有行動(dòng)快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)勢(shì)。與物料輸送中常用的其他設(shè)備相比,AGV的活動(dòng)區(qū)域無(wú)需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置,不受場(chǎng)地、道路和空間的限制。因此,在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中,最能充分地體現(xiàn)其自動(dòng)性和柔性,實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、靈活的無(wú)人化生產(chǎn)。廣泛應(yīng)用于汽車制造、機(jī)械、電子、鋼鐵、化工、醫(yī)藥、印刷、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸業(yè)和商業(yè)上。
2.AGV中央調(diào)度系統(tǒng),AGV控制系統(tǒng)包括車上控制器和中央調(diào)度控制系統(tǒng),均采用智能數(shù)字控制器,通過(guò)無(wú)線通信進(jìn)行聯(lián)系。AGV的控制指令由中央調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出(PLC),存入車載控制器(單片機(jī));AGV運(yùn)行時(shí),車上控制器通過(guò)通信系統(tǒng)從地面站接受指令并報(bào)告自己的狀態(tài)。車上控制器可完成以下監(jiān)控:手動(dòng)控制、安全裝置啟動(dòng)、蓄電池狀態(tài)、轉(zhuǎn)向極限、制動(dòng)器解脫、行走燈光、驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向電機(jī)控制與充電接觸器的監(jiān)控等。中央調(diào)度系統(tǒng)與AGV間可采用定點(diǎn)光導(dǎo)通訊和無(wú)線局域網(wǎng)通訊兩種通訊方式。采用無(wú)線通訊方式時(shí),控制臺(tái)和AGV構(gòu)成無(wú)線局域通訊網(wǎng),控制臺(tái)和AGV在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持下交換信息。無(wú)線通訊要完成AGV的調(diào)度和交通管理。
3.為了實(shí)現(xiàn)AGV中央調(diào)度的目的,項(xiàng)目組采用今年6月在中華工控網(wǎng)體驗(yàn)項(xiàng)目中申請(qǐng)的“S7-200SMART智能邏輯控制器”開(kāi)展了該項(xiàng)目的研究開(kāi)發(fā)工作。由于西門子S7-200SMART輯控制器的較強(qiáng)通信能力,該控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)2個(gè)月的開(kāi)發(fā),改進(jìn),已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)串口自由通信,以及MODBUS,無(wú)線局域網(wǎng)通信等手段控制多臺(tái)AGV的調(diào)度控制,實(shí)現(xiàn)AGV啟動(dòng),停止,路徑計(jì)算規(guī)劃,站點(diǎn)??浚锪蠈?duì)接,多任務(wù)下發(fā),遠(yuǎn)程控制等功能。西門子S7-200SMART的強(qiáng)大通信功能,以及方便的順序控制功能,有利AGV系統(tǒng)功能的擴(kuò)展很更改,獲得了研發(fā)人員,以及用戶的一致好評(píng)。
4.天津申能科技有限公司,是一家高科技企業(yè),是天津市單片機(jī)學(xué)會(huì)理事單位。公司以推廣先進(jìn)工業(yè)信息化、自動(dòng)化技術(shù)為使命,以專業(yè)打造智能化、無(wú)人化工廠為目標(biāo),公司致力于AGV及現(xiàn)代物流和工業(yè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用、非標(biāo)自動(dòng)系列設(shè)備設(shè)計(jì),規(guī)劃,安裝,調(diào)試、并從遠(yuǎn)程工業(yè)控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,真正幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠。
二、工藝原理
1. 應(yīng)用功能描述:
AGV是無(wú)人搬運(yùn)車(Automated Guided Vehicle)的英文縮寫,AGV小車系統(tǒng)涉及機(jī)械、電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域。AGV最大的特點(diǎn)是無(wú)人引導(dǎo)運(yùn)輸,就是自動(dòng)在工廠中行走,多臺(tái)AGV在一起運(yùn)行時(shí),為了避免發(fā)生路線沖突,發(fā)生碰撞等事故,就需要一臺(tái)管控系統(tǒng),我們稱之其為中央調(diào)度系統(tǒng)。中央調(diào)度系統(tǒng)的核心就是中央控制器,負(fù)責(zé)AGV路線規(guī)劃,任務(wù)下發(fā),報(bào)警處理,無(wú)限呼叫,以及配套伺服電機(jī),氣缸等控制。在中小型的AGV控制系統(tǒng)中一般采用PLC作為主機(jī)。在本次項(xiàng)目中我們采用了西門子S7-200SMART作為中央控制器,利用其自由通信。MODBUS通信兩種通信方式,將控制命令通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)及WiFi發(fā)送給AGV,實(shí)現(xiàn)了中央調(diào)度系統(tǒng)的功能。
2. 系統(tǒng)組成及工作流程:
AGV中央調(diào)度系統(tǒng)主要由中央控制系統(tǒng),AGV,人際交互系統(tǒng)三大部分組成,其中中央控制系統(tǒng)包括PLC,電源模塊,保險(xiǎn)裝置,無(wú)限網(wǎng)絡(luò)模塊,繼電器,等電器件。AGV包括,臺(tái)車(帶自動(dòng)升降銷), AGV控制單元、蓄電池、電池推車及電池托架等組成,人機(jī)交互系統(tǒng)包括,顯示器,工控機(jī),鍵鼠,交換機(jī)等。
工作流程是:以上路程圖就是系統(tǒng)的工作流程。
3.系統(tǒng)需要分析:
該系統(tǒng)通過(guò)框架圖可以看出,由于整個(gè)控制過(guò)程主要是通信控制,所以PLC的通信能力需要很強(qiáng)。西門子S7-200SMART具有兩個(gè)通信口,還可以擴(kuò)展一個(gè)RS232或者RS485接口,利用其較強(qiáng)的通信能力,和順序控制能力,展開(kāi)了項(xiàng)目設(shè)計(jì),實(shí)施,以及調(diào)試工作。
三、方案選型
本系統(tǒng)使用西門子S7-200SMART作為數(shù)據(jù)交換,控制的核心,通過(guò)WiFi和AGV車通信連接,AGV車將當(dāng)前的狀態(tài),比如位置,速度,目標(biāo)地址,電量多少等數(shù)據(jù)通過(guò)自由通信的方式回傳給PLC,PLC根據(jù)回傳的數(shù)據(jù)加以判讀,然后管控AGV的路線,速度,啟停,以及行進(jìn)目標(biāo)等。通過(guò)已經(jīng)建立好的無(wú)限局域網(wǎng),以自由通信的方式下發(fā)給相應(yīng)的AGV,AGV接收到這些指令之后開(kāi)始執(zhí)行。調(diào)度系統(tǒng)有時(shí)間會(huì)接受呼叫系統(tǒng)的命令,呼叫系統(tǒng)會(huì)傳送命令給調(diào)度系統(tǒng),調(diào)度系統(tǒng)會(huì)指派相應(yīng)的AGV去相應(yīng)的位置,完成相應(yīng)的動(dòng)作及任務(wù)。這樣調(diào)度系統(tǒng)就完成了AGV基本的調(diào)度。
功能圖如下:
四,編程與調(diào)試
1. I/O分配表
2.西門子S7-200SMART控制程序說(shuō)明
本項(xiàng)目針對(duì)的AGV調(diào)度控制,主要是MOUBUS通信,以及自由口通信。這些通信是連接AGV以及無(wú)線呼叫器的樞紐,沒(méi)有他們AGV將失控,無(wú)線呼叫器也無(wú)發(fā)送信號(hào)。在本項(xiàng)目組中,連接通信口的都是通過(guò)無(wú)限局域網(wǎng)和下位機(jī)連接的。
3 應(yīng)用設(shè)備圖片展示
調(diào)度控制柜現(xiàn)場(chǎng)照片
調(diào)度系統(tǒng),皮帶線,以及AGV路線圖展示
AGV靜態(tài)展示
調(diào)度人機(jī)界面展示
五、應(yīng)用體會(huì)
在本項(xiàng)目研究中,西門子S7-200SMART作為AGV調(diào)度系統(tǒng)核心硬件之一,發(fā)揮出了它的極大優(yōu)勢(shì),在在中小型調(diào)度系統(tǒng)中其表現(xiàn)出了很多優(yōu)勢(shì),比如編程界面簡(jiǎn)潔有條理,結(jié)構(gòu)化編程,程序員很容易上手,豐富的應(yīng)用指令,浮點(diǎn)數(shù)PID,CPU集成2個(gè)通信口,擴(kuò)展一個(gè)通信口,以及緊湊的結(jié)構(gòu)都是令人喜愛(ài)的原因。
1.西門子S7-200SMART實(shí)際工控應(yīng)用中,與以往我們用的西門子S7200PLC相比,節(jié)省了一個(gè)通信擴(kuò)展模塊,節(jié)省了空間和費(fèi)用,同時(shí)增加以太網(wǎng)接口,也增加調(diào)度AGV小車的數(shù)量。西門子S7-200SMART還具有非常好的可擴(kuò)展性,需要增添、修改功能時(shí),能夠非常靈活地進(jìn)行操作而幾乎不影響現(xiàn)有的控制方案,在中小規(guī)模的控制系統(tǒng)中表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢(shì)。
2.這次研制中也發(fā)現(xiàn)了一些不足,硬件方面比如去掉了S7-200以往的狀態(tài)開(kāi)關(guān),在實(shí)際調(diào)試的過(guò)程中帶來(lái)了不方便,同時(shí)外形體積什么較以往加寬等。
3.軟件編程方面也有一些不足,比如I/O符號(hào)表必須要提前設(shè)定,不能在編輯時(shí)候在編輯處修改,軟件在實(shí)際使用的時(shí)候發(fā)現(xiàn)不夠穩(wěn)定,希望能夠發(fā)布新版本。
4.對(duì)于一些位置控制較多,以及通信需求較多的應(yīng)用場(chǎng)合,西門子S7-200SMART有極大的優(yōu)勢(shì)。
5.本項(xiàng)目是試驗(yàn)性項(xiàng)目,已經(jīng)完成各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)試,圓滿完成測(cè)試任務(wù)
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