全自動折板式連續提升機控制系統的設計

鐘亮 彭毅/文

全自動折板式連續提升機控制系統的設計

鐘亮 彭毅/文

對于卷煙自動化分揀來說，提升機的選擇至關重要。本文分析了一種具有多入多出功能的連續提升機控制方案。從系統方案著手，著重分析了控制系統的硬件設計及軟件實現過程。應用實踐表明，該連續提升機控制系統具有較高出入庫能力，可滿足高速分揀線的補貨需求。

分揀效率、連續提升機、控制系統、設計方案

在卷煙自動化分揀過程中，為達到較高的分揀效率，從高架庫自動出庫的卷煙往往采用二級緩存裝置以提高件煙出庫能力，近幾年發展起來的多層穿梭密集緩存系統（簡稱“多穿系統”）便是其中的佼佼者。如何快速將件煙輸送到多穿系統的各層，如何快速將不同層的件煙搬運到出庫站臺，是影響分揀效率的關鍵因素。因此，提升機的選擇自然也成為重中之重。

湖南省煙草公司衡陽市公司物流配送中心采用了全自動折板式連續提升機，其工作流程如下：上位系統下達件煙任務—件煙到達入庫口—刷新任務狀態1—預選盤—入口托架下降—到達托架—上托盤—刷新任務狀態2—判斷件煙品牌是否與任務一致—查找出口—出口托架下—出托架并刷新任務狀態3。流程，如圖1所示。

目前，這套全自動折板式連續提升機控制系統已在行業內實現具體應用，并取得顯著成效。

一、控制系統方案設計

基于西門子ST-400系列PLC的全自動折板式連續提升機控制系統是由信號檢測部分、系統控制部分、報警指示部分等組成。具體系統控制，如圖2所示。

備件管理是卷煙工業企業管理重要組成部分

圖1：連續提升機及多穿系統簡圖

圖2：系統控制框圖

信號檢測部分由編碼器、鏡面光電開關、磁感應開關等組成，用來檢測托盤位置、煙箱姿態及托架高低位；系統控制部分由提升電機、輥道輸送機、鏈式輸送機、變頻器、氣缸、電磁閥等組成。其中，提升電機和變頻器控制托盤的上升、下降，輥道輸送機控制件煙到達提升機入口，鏈式輸送機控制件煙進出托架，氣缸、電磁閥控制托架的上升、下降；報警指示部分由三色塔燈和觸摸屏構成，完成提升機的異常報警及其工作狀態指示。

二、控制系統網絡

與傳統DCS系統（分散控制系統）相比，現在工業用控制系統更多采用集中——分散控制方式，在一些非工業領域，更為先進的現場總線控制已得到運用。本文所分析的連續提升機控制系統就是典型的集中——分散控制系統?？刂葡到y網絡，如圖3所示。其主要分為三層：調度層、控制層、遠程子站及子站所控制的設備（電機、電磁閥）?？刂葡到y網絡與DCS系統的區別在于遠程子站上，通過利用profinet網絡，將控制層的數據采集以及輸出控制交由子站控制，這樣能極大減少電纜的鋪設。

在本控制系統中，調度層主要通過TCP/IP將件煙任務下載到PLC；控制層根據任務，利用profinet調取遠程子站的數據（光電管信號、編碼器值、氣缸高低位信號）進行邏輯運算判斷，再將控制信號發送到遠程子站，以控制電機、電磁閥等執行器件。

本控制系統共控制四臺連續提升機，兩臺入庫提升機（2入口10出口）和兩臺出庫提升機（10入口2出口）。以一臺入庫提升機為例，它需要用177點DI，87點DO的硬件資源，采用s7-400系列主要是基于控制精度、網絡擴展的考慮。

三、控制系統軟件設計

1.通信協議制定

自動化物流系統離不開上位系統的調度，故而本控制系統在設計之初便與調度約定通信協議。具體而言，需要設定任務號以便于信息跟蹤；設定任務類型以判斷是出庫任務還是入庫任務；設定好取貨/放貨地址，以確定多入多出位置；設定物料碼以確定所搬運件煙是否準確；確定任務優先級以判斷任務的緊急程度；設定任務狀態以跟蹤件煙位置。具體內容，如表1所示。

表1：通信協議表

圖3：控制系統網絡圖

圖4：入庫提升機工作流程圖

2.軟件設計

本系統的入庫提升機和出庫提升機控制過程類似，為避免重復，僅描述入庫提升機入庫過程。

調度任務下達主控柜，PLC收到該任務后將任務狀態改成4（避免重復接受任務），并將任務下發到對應的提升機、啟動該提升機，等待件煙到達入庫口；件煙一旦到達入庫口，根據任務目標地址判斷前方出口堵料情況，不堵料則再進入選盤階段；選盤成功后，待托盤進入安全區域實時控制電磁閥下降氣缸、啟動鏈式輸送機、滾筒輸送機；鏈式輸送機檢測件煙到位后，停止鏈式輸送機，刷新任務狀態5，等待托盤將件煙取走；當件煙托盤進入安全區域后，控制電磁閥升起氣缸，刷新任務狀態6；待件煙托盤到達提升機頂部觸發掃碼，驗證件煙托盤準確與否，當正確時刷新任務狀態7；實時判斷件煙托盤位置是否到達出口，進入出口安全區域，放下氣缸、啟動鏈式輸送機將煙箱輸送出去；待離開安全區域，升起氣缸、鏈式輸送機停止轉動，刷新任務狀態2，入庫結束。入庫提升機工作流程，如圖4所示。

四、結論

本文針對全自動連續提升機的控制需求，分析了基于西門子S7-400系列PLC全自動控制系統，給出了整體方案、控制網絡結構、網絡布線及部分電路連線、與調度系統通信協議、電控軟件等工藝流程和結論。目前本系統已在衡陽煙草物流配送中心使用，入庫能力550件/時，出庫能力500件/時，可滿足25000條/時的高速分揀需求，具有實際運用價值。

作者單位為湖南省煙草公司衡陽市公司物流配送中心；本項目為湖南省煙草公司重點建設項目