基于CC—Link總線工廠智能倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

儲(chǔ)琴

摘 要：為了提高工廠的自動(dòng)化和智能化水平，工廠倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)作為其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其自動(dòng)化和智能化水平迫切有待提高。文中針對(duì)某工廠倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的管理要求，基于CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)了該工廠倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的貨物分揀和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)該系統(tǒng)，操作人員可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程發(fā)送貨物的分揀命令和環(huán)境溫濕度命令設(shè)置，并實(shí)時(shí)監(jiān)控貨物自動(dòng)分揀、自動(dòng)存儲(chǔ)和倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境，提高工廠倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化水平，進(jìn)而提高工廠的管理效率。

關(guān)鍵詞：智能倉(cāng)系統(tǒng)；CC-Link總線；貨物分揀；環(huán)境監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）11-00-02

0 引 言

《國(guó)家十二五規(guī)劃》提出改造提升制造業(yè)，推動(dòng)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。工廠的自動(dòng)化和智能化水平提升正是我國(guó)制造業(yè)提升和轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要方面。為提高工廠自動(dòng)化和智能化水平，工廠倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)作為其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其自動(dòng)化和智能化水平迫切有待提高。傳統(tǒng)的工廠倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)主要采用人工記錄單據(jù)的方式，這種方式不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還容易造成人為損失，而且勞動(dòng)力成本高。隨著企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，且市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)倉(cāng)庫(kù)流動(dòng)性管理的要求也日益提高，因此，倉(cāng)庫(kù)智能化管理的研究具有很高的價(jià)值。

本文針對(duì)某工廠倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的管理要求，基于CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)該工廠倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的貨物分揀和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)該系統(tǒng)，操作人員可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程發(fā)送貨物分揀命令和環(huán)境溫濕度設(shè)置命令，并實(shí)時(shí)監(jiān)控貨物自動(dòng)分揀、自動(dòng)存儲(chǔ)和倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境，提高工廠倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化水平，提高工廠效率。

1 監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

為能實(shí)時(shí)方便地監(jiān)控倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)貨物的分類和環(huán)境溫濕度變化情況，本文設(shè)計(jì)了一套貨物分揀和溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。貨物分揀和溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)CC-Link總線的方式與上位機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。由于采用CC-Link總線通信技術(shù)，因而避免了繁冗的系統(tǒng)接線，降低了系統(tǒng)故障率，提高了系統(tǒng)工作效率。系統(tǒng)整體機(jī)構(gòu)如圖1所示。

圖1中，該監(jiān)控系統(tǒng)由一個(gè)主站和兩個(gè)從站構(gòu)成。主站由主站模塊FX2N-16CCL-M和主單元FX2N-16M組成，從站分別由從站模塊FX2N-32CCL和從站單元FX2N-32M組成。主從站之間通過(guò)CC-Link主從站模塊進(jìn)行通信。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)主站向從站發(fā)送貨物分揀命令和環(huán)境設(shè)置信息，接受從站實(shí)際貨物分揀和環(huán)境情況信息。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

（1）貨物分揀從站：將貨物進(jìn)行分類和存儲(chǔ)，提高效率和空間利用率。貨物分揀的速度和質(zhì)量直接影響到整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的效率和服務(wù)水平。

（2）環(huán)境監(jiān)測(cè)從站：監(jiān)控倉(cāng)庫(kù)的溫濕度和煙霧報(bào)警系統(tǒng)。

2 CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線特點(diǎn)及通信方式

CC-Link是控制與通信鏈路系統(tǒng)（Control&Communication Link）的簡(jiǎn)稱，可以同時(shí)高速處理控制的信息數(shù)據(jù)，是三菱電機(jī)于1996年推出的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線。該總線數(shù)據(jù)容量大，通信速度可多級(jí)選擇，是一個(gè)復(fù)合、開(kāi)放、適用性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠適應(yīng)從較高級(jí)的管理網(wǎng)絡(luò)到較低層的傳感器層網(wǎng)絡(luò)的不同范圍。一般情況下，CC-Link網(wǎng)絡(luò)可由1個(gè)主站和64個(gè)從站組成，整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)屏蔽雙絞線連接。CC-Link具有高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可達(dá)到10 Mb/s，其底層通信協(xié)議遵循RS 485[1，2]。

CC-Link總線提供循環(huán)傳輸和瞬時(shí)傳輸兩種通信方式，一般情況下，CC-Link主要采用循環(huán)傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行通信。主站按照從站站號(hào)依次輪詢從站，從站給予響應(yīng)。無(wú)論是主站訪問(wèn)從站還是從站響應(yīng)主站，都是按照站號(hào)進(jìn)行，從而避免由通信沖突造成的系統(tǒng)癱瘓[3，4]。

3 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 貨物分揀從站

貨物分揀從站的主要任務(wù)是接收主站發(fā)來(lái)的分類指令，對(duì)貨物進(jìn)行分類并存儲(chǔ)，并實(shí)時(shí)向主站反饋分類情況，即按照分類指令要求所存儲(chǔ)的不同類別的貨物數(shù)量。以貨物顏色和材質(zhì)分類要求為例，從站的主要工作包括：當(dāng)系統(tǒng)上電之后，按下開(kāi)始按鈕，PLC控制程序啟動(dòng)傳送帶工作，當(dāng)顏色傳感器檢測(cè)出貨物為白色，金屬傳感器檢測(cè)出貨物為金屬材質(zhì)時(shí)，反饋信號(hào)送給PLC對(duì)貨物進(jìn)行準(zhǔn)確定位，程序控制氣動(dòng)閥1動(dòng)作將該貨物推進(jìn)物料槽1中；當(dāng)檢測(cè)出的貨物為白色非金屬時(shí)，氣動(dòng)閥3動(dòng)作將貨物推進(jìn)物料槽3中；當(dāng)檢測(cè)出的貨物為黑色金屬時(shí)，氣動(dòng)閥2動(dòng)作將貨物推進(jìn)物料槽2中；當(dāng)檢測(cè)出的貨物為黑色非金屬時(shí)，氣動(dòng)閥4動(dòng)作將貨物推進(jìn)物料槽4中。該分揀系統(tǒng)中，不同顏色和材質(zhì)的貨物定位主要是通過(guò)控制程序記憶傳感器的狀態(tài)，從而確定貨物定位的地點(diǎn)以及從初始位置到定位地點(diǎn)的距離。通過(guò)多次測(cè)試計(jì)算出該分揀系統(tǒng)的脈沖單量，根據(jù)定位距離和脈沖當(dāng)量計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)出電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)與設(shè)定值進(jìn)行比較，最終實(shí)現(xiàn)貨物的精確定位。分揀從站的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 分揀從站結(jié)構(gòu)圖

3.2 環(huán)境監(jiān)控從站

環(huán)境監(jiān)控從站的主要任務(wù)是接受主站發(fā)來(lái)的環(huán)境要求指令，按照該指令調(diào)節(jié)中央空調(diào)的制冷、制熱模式及送風(fēng)量，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)倉(cāng)儲(chǔ)溫濕度并發(fā)送給主站。若出現(xiàn)環(huán)境緊急情況，能夠?qū)崿F(xiàn)聲光燈報(bào)警、開(kāi)啟急救設(shè)備，并傳送至主站。環(huán)境監(jiān)控從站的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 環(huán)境監(jiān)控從站結(jié)構(gòu)圖

4 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 通訊程序設(shè)計(jì)

CC-Link網(wǎng)絡(luò)初始化程序如圖4所示。主要是對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。包括對(duì)整個(gè)CC-Link現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，確定各單元的設(shè)備類型、網(wǎng)絡(luò)單元數(shù)、各單元所占的站數(shù)，以及各站的特性。

主站PLC部分控制程序如圖5所示，讀取主站模塊FX2N-16CCL-M模塊中的溫濕度值、煙霧報(bào)警器狀態(tài)值并顯示，讀取分揀從站分類情況并顯示。

圖4 CC-Link通信初始化程序 圖5 主站PLC部分控制程序

環(huán)境監(jiān)控從站、分揀從站部分控制程序如圖6所示，環(huán)境監(jiān)控從站PLC將溫濕度值和報(bào)警狀態(tài)值寫(xiě)入從站模塊FX2N-32CCL中，分揀從站將分揀情況寫(xiě)入從站模塊FX2N-32CCL中。

圖6 從站部分控制程序

4.2 監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

本監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)監(jiān)控軟件組態(tài)王設(shè)計(jì)監(jiān)控界面。系統(tǒng)的監(jiān)控界面包括圖7所示的主站監(jiān)控界面和圖8所示的從站監(jiān)控界面兩部分。主站監(jiān)控界面主要包括貨物分揀的情況顯示、環(huán)境溫濕度和煙霧報(bào)警的狀態(tài)顯示；從站主要實(shí)時(shí)顯示貨物分揀的流程、環(huán)境溫濕度等各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)情況，供工作人員遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖7 主站監(jiān)控界面

圖8 從站監(jiān)控界面

5 結(jié) 語(yǔ)

基于CC-Link總線的智能倉(cāng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)，使用戶在中央控制室能實(shí)時(shí)監(jiān)控倉(cāng)儲(chǔ)中貨物分揀和環(huán)境溫度的變化情況，一方面實(shí)現(xiàn)了直接監(jiān)控，免去工作者手工分類、人工抄錄等工作，提高了倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和水平，加快工廠自動(dòng)化和智能化實(shí)現(xiàn)的進(jìn)程；另一方面基于總線的通信方式，使得控制系統(tǒng)接線大大減少，降低控制成本和排故風(fēng)險(xiǎn)，提高控制效益。

參考文獻(xiàn)

[1]日本三菱電氣株式會(huì)社.CC- Link 技術(shù)手冊(cè) [Z].2001.

[2]陳啟軍，覃強(qiáng)，余有靈.CC-LINK控制與通信總線原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[3]陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用 [M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.

[4]徐曉燕，嚴(yán)海磊.基于CC-Link的鍋爐風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18（8）：1780-1782.