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★德國倍福自動化有限公司

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施的自動化試驗、存儲立體倉庫項目在幫助他們提升系統(tǒng)效率的同時，還體現(xiàn)了智能制造特點(diǎn)。倍福開放、緊湊的控制技術(shù)是該項目成功實施的關(guān)鍵。

昆船智能技術(shù)股份有限公司（以下簡稱：昆船智能）隸屬于中國船舶集團(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)包括倉儲及電子商務(wù)物流自動化設(shè)備和系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計和系統(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)，在中國自動化物流系統(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。

昆船智能在承接自動化試驗、存儲立體倉庫項目時，公司決定將其也用作現(xiàn)代物流倉庫的試驗場。新的總裝集配中心主要用于總裝車間設(shè)備零部件的倉儲配送，項目目標(biāo)是實現(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)品平臺的豐富多樣性，同時探索類似高級語言編程，以及基于PC平臺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)處于平級控制。稱重單元、輥道輸送系統(tǒng)、二維碼識別系統(tǒng)、外觀檢測系統(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)功能分為出入庫控制、物料查詢、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)移動這些貨品時，系統(tǒng)會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輥道。掃碼后的托盤首先進(jìn)入到外觀檢測區(qū)域進(jìn)行外觀體積的檢測，根據(jù)不同的體積進(jìn)入不同的輥道，然后，托盤移至地上進(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，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。出庫過程相比較為簡單，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，這些物品就會從貨架上自動走到出口處等待提取。

基于PC的開放式控制技術(shù)簡化通信過程

輥道輸送機(jī)的控制基本都是基于邏輯控制，比較簡單，相對來說，倉儲設(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。相對于傳統(tǒng)PLC控制，CX2020嵌入式控制器支持所有這些過程，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。總體來說，PC控制技術(shù)的系統(tǒng)開放性簡化了項目中的通信。在這個項目中，通過在本地PLC中安裝的PROFINET通信協(xié)議選件包實現(xiàn)與堆垛機(jī)單元的PROFINET通信；通過ModbusTCP選件包實現(xiàn)與二維碼識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互；通過安裝TCP/IP選件包實現(xiàn)與外觀檢測系統(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)庫中。嵌入式控制器可以與倍福控制面板CP2912結(jié)合，形成一個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)中心在市區(qū)，而倉庫在工業(yè)園，兩地之間距離有10多公里，當(dāng)設(shè)備有問題時，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)場人員對故障進(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)在競爭激烈得很，對我們來說，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)這個項目電控設(shè)計的楊新麗工程師說道。

系統(tǒng)一共設(shè)計了5個地上衡，它們通過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TwinCAT軟件方便、穩(wěn)定地完成。”昆船智能公司負(fù)責(zé)項目調(diào)試的馮立源工程師說道。

高效開發(fā)縮短項目實施時間

倍福的軟件和硬件可以分開開發(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)與實際硬件點(diǎn)鏈接起來即可。專業(yè)化的分工使得工程師有更多的精力來優(yōu)化系統(tǒng)；軟件和硬件可以同時開工實施，到差不多時再結(jié)合起來聯(lián)調(diào)，減少項目的實施周期。此外，當(dāng)某個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。“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)行這塊確實做得好，我的電腦在裝好TwinCAT后就成了一個算力強(qiáng)大的控制器，能夠直接找到程序中的錯誤。”馮立源工程師解釋說道。TwinCAT支持所有6種IEC 61131-3編程語言，各種編程語言可以在一個項目中混用。梯形圖（LD）編程語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）編程語言用于實現(xiàn)Modbus TCP通信、UDP調(diào)試和算術(shù)運(yùn)算。

對未來的展望

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控制是一個封閉的平臺，無法實現(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)的一個分支，具備了在同一個平臺上實現(xiàn)自動化、智能化和信息化融合的條件。“在這個項目中，我們看到了PC控制技術(shù)的巨大潛力，在下一個項目中，我們可能會考慮采用一臺功能更強(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)省兩臺服務(wù)器的開支。”楊新麗工程師總結(jié)說道。

摘自《自動化博覽》2022年11月刊