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)包括倉儲(chǔ)及電子商務(wù)物流自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的開發(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，先后采用倍福技術(shù)開發(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)形穿梭車和AGV 等設(shè)備。
昆船智能公司智慧倉庫不僅是一個(gè)物料倉庫，也是現(xiàn)代物流倉庫的試驗(yàn)場(chǎng)，在這里將要進(jìn)行傳統(tǒng)控制和現(xiàn)代控制的測(cè)試，5G通信也在這里得到應(yīng)用
昆船智能在承接自動(dòng)化試驗(yàn)、存儲(chǔ)立體倉庫項(xiàng)目時(shí)，公司決定將其用作現(xiàn)代物流倉庫的試驗(yàn)場(chǎng)。新總裝集配中心主要用于總裝車間設(shè)備零部件的倉儲(chǔ)配送，以規(guī)范化管理產(chǎn)品零部件，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)商討，選擇倍福作為其控制系統(tǒng)供應(yīng)商，以提高電控產(chǎn)品平臺(tái)的豐富多樣性，探索類似高級(jí)語言編程及基于PC平臺(tái)在整線控制上的性能。
系統(tǒng)架構(gòu)及控制功能
最終配置中，數(shù)據(jù)庫服務(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和ERP系統(tǒng)交互、調(diào)度任務(wù)下發(fā)等。本地PLC控制器、堆垛機(jī)單元及其他系統(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)和操作員終端為本地PLC控制器子系統(tǒng)，受本地控制器控制。
系統(tǒng)功能分為出入庫控制、物料查詢和物料管理等單元。在入庫過程中，托盤通過叉車搬運(yùn)到入口處，并放置到通過 PLC 控制的輥道輸送系統(tǒng)上。當(dāng)輥道輸送系統(tǒng)移動(dòng)貨品時(shí)，系統(tǒng)會(huì)讀取托盤上的二維碼并將信息傳輸給下一個(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存放托盤。
此時(shí)，被稱為堆垛機(jī)的入庫和出庫單元向輸送機(jī)端頭方向運(yùn)行出來接貨，托盤往相應(yīng)的端頭方向走，當(dāng)雙方都到端頭后，本地 PLC 與堆垛機(jī)進(jìn)行握手通信，堆垛機(jī)根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)的要求將貨物放到相應(yīng)貨位。出庫過程相較更為簡(jiǎn)單，操作人員只需根據(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(huì)從貨架上自動(dòng)走到出口處等待提取。
圖1 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
基于PC的開放式控制技術(shù)簡(jiǎn)化通信過程
輥道輸送機(jī)的控制大多基于邏輯控制，比較簡(jiǎn)單，相對(duì)來說倉儲(chǔ)設(shè)備與上位層系統(tǒng)間的通信則較為復(fù)雜。系統(tǒng)的控制難點(diǎn)包括如何穩(wěn)定進(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過程，并無需使用額外的PC設(shè)備。
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)、高速和高精度控制等方面。總體來說，PC控制技術(shù)的系統(tǒng)開放性簡(jiǎn)化了項(xiàng)目中的通信。在項(xiàng)目中，可通過本地 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 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，通過安裝 TCP/IP 選件包實(shí)現(xiàn)與外觀檢測(cè)系統(tǒng)的 UDP通信。此外，控制器可使用 TwinCAT Database Serve 直接與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將重量、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)中心與倉庫相距10??km，當(dāng)設(shè)備有問題時(shí)，客戶可從技術(shù)中心遠(yuǎn)程登錄控制系統(tǒng)，方便指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員排查故障。
圖2 控制柜中的嵌入式控制器與用作人機(jī)界面的倍福控制面板 CP2912 相連
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)我們來說，降低成本是重中之重。相比以前使用的其他系統(tǒng)，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約30%。”負(fù)責(zé)這個(gè)項(xiàng)目電控設(shè)計(jì)的楊新麗工程師說道。系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了5個(gè)地上衡，其通過 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網(wǎng)關(guān)模塊都需使用獨(dú)立的軟件進(jìn)行配置，而倍福的 EtherCAT 網(wǎng)關(guān)的配置可通過 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道。
高效開發(fā)縮短項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間
倍福的軟件和硬件可分開開發(fā)調(diào)試，軟件工程師不需了解硬件就可編寫、調(diào)試程序。硬件工程師只需按點(diǎn)表要求把變量點(diǎn)與實(shí)際硬件點(diǎn)鏈接起來即可。專業(yè)化分工使工程師有更多的精力來優(yōu)化系統(tǒng)；軟件和硬件可同時(shí)開工實(shí)施，之后再結(jié)合起來聯(lián)調(diào)，縮短項(xiàng)目實(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解綁當(dāng)前的變量鏈接，重新綁定到另外一個(gè)通道即可，不需修改運(yùn)行程序源代碼。
圖3 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)
程序的仿真運(yùn)行也是TwinCAT的強(qiáng)項(xiàng)。“我們的軟件在開發(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，可直接找到程序中的錯(cuò)誤。”馮立源工程師解釋說道。TwinCAT 支持所有（共6種）IEC 61131-3編程語言，各種編程語言可在一個(gè)項(xiàng)目中混用。梯形圖（LD）編程語言的邏輯較直觀明了，可用于控制輥道機(jī)；結(jié)構(gòu)化文本（ST）編程語言用于實(shí)現(xiàn) ModbusTCP 通信、UDP 調(diào)試和算術(shù)運(yùn)算。
對(duì)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(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)器的開支。”楊新麗工程師總結(jié)說道。
