PROFIBUS-DP現場總線在寶雞卷煙廠自動化物流系統中的應用分析

劉慶明

陜西中煙工業有限責任公司寶雞卷煙廠 721013

PROFIBUS-DP現場總線在寶雞卷煙廠自動化物流系統中的應用分析

劉慶明

陜西中煙工業有限責任公司寶雞卷煙廠 721013

自動化物流系統以西門子S7-400系列PLC為基礎，采用工業以太網、PROFIBUS-DP現場總線等先進技術，將上位監控、現場觸摸屏、現場輸送設備、變頻器等連接組合成一個工業控制網絡，從而實現物流系統設備自動監控及信息共享，為企業原輔材料及成品高效儲存、管理、決策奠定堅實基礎。

自動化物流系統；以太網；PROFIBUS-DP現場總線

自動化物流系統集機、電、光、網絡、現場總線及信息技術等為一體, 采用巷道式自動堆垛機、條碼自動識別儀、紅外線通訊、激光定位導引、機器人自動碼垛、網絡通訊等先進技術，提高了倉庫空間利用率、加快了貨物存取速度，減輕了人員勞動強度及庫存資金積壓，有效提升了企業自動化、信息化、智能化生產管理水平，使企業信息得到及時共享，使合理安排生產、提高生產效率成為可能。

在自動化物流系統中，現場總線技術有著重要的應用領域，如寶雞卷煙廠自動化物流系統（包括配方、輔料、成品、嘴棒共四個自動化物流系統）中就大量應用了Profibus現場總線技術，

下面以具有代表性的輔料自動化物流系統為例進行分析。

1、輔料自動化物流系統總體概況及主要設備

輔料自動化物流系統負責對煙支卷接與包裝所需輔料按一定比例進行合理配盤，按“先進先出”、“出庫優先”的原則進行出入庫作業，并按要求將所需輔料自動運送至各卷接包機臺，并能完成輔料數量、質檢、入庫、出庫等信息的全程跟蹤、查詢、報表統計、打印功能。

輔料自動化物流系統總庫存貨位2340個。主要設備有：巷道式堆垛機（3臺，日本豐田公司）負責自立庫區存取輔料托盤；AGV激光導引小車（6臺，羅格萊公司）負責將輔料托盤自立庫出貨口運至各要料卷接包機臺并將機臺余料或空托盤運回立庫空托盤及余料回收口；高速往復式穿梭車（1臺，DEMATIC公司）及輸送設備（60余臺套，DEMATIC公司）負責在各貨位之間輸送輔料托盤。

設備平面布局分為入庫區、立庫區和出庫區。

入庫區負責卷煙輔料的入庫，根據生產計劃，作出各品牌卷煙所需輔料的備料配盤，入庫區對空托盤組自動分發以滿足入庫所需單個空托盤，并對已經配好料的托盤進行條碼掃描，并將該托盤輔料信息與條碼進行一體式記憶。立庫區負責貯存已經配好盤的輔料。出庫區負責根據各卷接包機臺的要料需求，從立庫區按照先進先出原則將所需輔料盤出庫，之后由全自動AGV小車運送至各生產機臺，并對余料及空托盤進行及時回收。

2、輔料自動化物流系統結構

自動化物流系統分為倉庫管理WMS系統和倉庫控制WCS系統。

倉庫管理WMS系統實現物料信息的收集、處理、傳送、存儲和分析，倉庫管理人員可以查看庫內各設備的運行狀態、物料儲存信息，全面了解倉庫的儲運情況，并將出入庫任務及時下達至倉庫控制WCS系統。

倉庫控制WCS系統對WMS系統下達的物料出入庫任務依據任務均衡、路徑最短、優先級調度、堵塞就近處理等原則，通過各種通訊方式與物料輸送機存儲設備進行信息交互，完成WMS系統下達的物料入庫、出庫、質量抽檢、盤點等任務，并實時向WMS系統反饋設備實際運行狀態及庫存等信息，協調控制輸送機、堆垛機、穿梭車及自動引導小車等現場設備的相互配合運轉，并將各現場設備的狀態監測和通訊數據向WMS系統進行實時反饋。

3、PROFIBUS-DP現場總線技術特點及在WCS系統中的應用

PROFIBUS，是一種國際化，開放式。不依賴于設備生產商的現場總線標準。由3個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。Profibus可使分散式數字化控制器從現場底層到車間級網絡化，與其他現場總線相比，Profibus的重要優點是具有穩定的國際標準EN50170作保證，并經實際應用驗證具有普遍性，它包括了加工制造、過程和數字自動化等廣泛的應用領域，并可同時實現集中控制、分散控制和混合控制三種方式。

PROFIBUS主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從方式。令牌傳遞程序保證每個主站在一個確切規定的時間內得到總線存取權（令牌），令牌在所有主站中循環一周的最長時間是事先規定的。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進行。主站得到總線存取令牌時可依照主-從通信關系表與所有從站通信，向從站發送或讀取信息，也可依照主-主通信關系表與所有主站通信。

W C S系統采用西門子P C I L 4 3 PIV工控機作上位機，通過SIEMENS CP1613與工業以太網交換機（菲尼克斯14TX/2FX）相連，同時主控S7-400系列PLC及自動巷道式堆垛機也與工業以太網交換機相連，主控PLC系統則通過CPU模塊自帶的PROFIBUS-DP接口與分布在各現場的帶PROFIBUS-DP接口的設備（如條碼掃描儀、變頻器、分布式I/O、現場顯示及操作終端等）完成輔料物流自動化系統組態、運行、操作等功能。

采用帶Profibus－DP接口的S7－400系列PLC作為系統的過程控制主站，將分布在現場的智能設備與各種分布式I/O從站通過Profibus總線進行連接并實現數字信息交換（如數據采集、參數設定等）及過程控制。Profibus站的分布式I/O選用ET200S系列模塊；操作員終端（DIGITAL GP2500-TC41～24W）、條碼設備(CLV421)等都帶有Profibus－DP接口,作為Profibus－DP的從站。

設備控制層的主要設備組成：由主控制柜、配電柜、現場控制柜、分布式I/O、現場操作員終端、現場總線組件等組成?？刂葡到y可以獨立完成自動化物流系統所有設備的運行、停機、故障報警等各種過程控制，通過現場操作員終端，可以實現單機/自動切換、對每臺設備進行手動操作及狀態指示等功能。

PROFIBUS-DP用于現場設備級的高速數據傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發送輸出信息?？偩€循環時間必須要比主站（PLC）程序循環時間短。除周期性用戶數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理。PROFIBUS-DP是一種高速、低成本通信，專門用于設備級控制系統與分散式I/ O的通信,使用PROFIBUS-DP可取代24V DC或4～20mA信號傳輸，不僅可節約大量信號傳輸電纜，更重要的是可以提高信息交互速率及可靠性，較傳統現場數據信號采集方式而言，具有顯著的優越性。

4、應用體會

Profibus－DP現場總線技術在自動化物流系統中的大量應用，不僅使員工從簡單、重復的勞動中解脫出來，實現了對各種原料、輔料和成品使用情況的科學統計、分析和有效管理，而且有效提升了企業的自動化水平和競爭實力，將成為自動化物流系統控制領域的主流方向。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.046