無人行車PLC系統研究

季萍

[中圖分類號] TP273

[文獻標志碼]A

[文章編號]2095-6487 （2021） 02-0089-03

Research on PLC System of Unmanned Crane

Ji Ping

[ Abstract]

rms paper mainly introduces the function description， hardware structure， network and communication of the PLC system ofunmanned crane， and provides some ideas for the selection of control components， so as to provide users with reference in the actual application processThrough the upgrading and transformation of the PLC system and other research， the key technology ofintelligent manufacturing is broken through and theautomatic operation of unmanned crane is implemented， which not only reduces the labor intensity of workers， effectwely prolongs the life of equipment，but also improves the production efficiency and reduces the risk of safe operation ofpersonnel.

[ Keywords] unmanned crane; PLC system; network communication;system structure

1 慨述

智能無人行車在生產制造領域發揮的作用越來越重要，由于無人行車技術徹底顛覆了傳統的行車控制理念和庫區管理理念，通過自動化系統生成調度指令，并根據基礎設備的參數自動控制行車運行，不僅可以降低勞動力成本、跟蹤庫存信息，還可以優化存儲方案、減少生產損失、提高生產力，因此在工J‘成品庫區的應用范圍越來越廣泛。越來越多的企業對行車進行無人化改造，更換不滿足無人化需求的PLC系統、傳動系統、電機以及傳感器等。以馬鋼高線成品智能庫區無人行車系統為例，對PLC系統進行研究。

2 行車PLC系統

2.1 系統功能描述

行車一級控制系統是能根據智能庫管系統下發的工單自動執行相應作業任務的系統，具有作業信息處理、運行模式改變、通信管理、行車位置及速度控制、防搖擺控制以及自我診斷危險狀況執行自動停車、行車故障分析等功能，并且能夠進行自動避障及路徑優化。

在行車電氣室內設置一臺甲板工控機，用于基礎自動化系統的編成、調試、診斷和維護行車系統狀態，系統網絡如圖1所示。

系統主要功能如下。

（1）作業信息處理：作業信息處理是無人行車系統的最基本功能，能夠接收來自智能庫管系統的工單信息，進行作業后自行反饋給智能庫管系統工單處理結果信息和當前行車狀態信息。

（2）通信管理。和各種裝置（包括傳動變頻器、隨搖、測距傳感器、稱重、編碼器等）之間的接口通信功能。

（3）吊具防擺控制功能。通過擺角檢測儀實時檢測出人車及小車移動時的擺舶，行車PLC根據擺角人小及擺動方向計算出補償加速度和速度，然后疊加到人車及小車的控制加速度和速度上，以此控制行車吊具的擺動。

（4）吊具狀態判斷功能。該功能主要根據物料高度、吊具高度檢測以及稱重數據，配合吊具傳感器打開/關閉狀態，綜合判斷吊具是否取放物料。

（5）行車XYZ軸定位控制功能。接收物料庫管理系統發送的作業指令，根據XYZ軸的位置傳感器，控制行車驅動部分，實現精準定位。

（6）行車XYZ軸聯動控制功能。控制縱向/橫向/高度方向聯動，優化行車作業效率。

（7）行車防撞控制功能。通過實時檢測行車間距離，調整行車運行速度，實現行車防撞控制。

（8）速度控制與計算停止距離功能。該功能根據成品庫管理系統發送的作業指示，計算行車的移動方向（縱向、橫向、起升）、移動速度與移動距離決定停止位置。

（9）動態三軸聯動功能。該功能通過整合庫區所有行車掃描系統數據信息，根據整個庫區物料的高度，建立行車運行時的動態路徑規劃，實現行車三軸聯動功能（如Z字型、爬坡型等聯動運行），并防止其他設備、線卷之間的碰撞。

（10）周邊系統與傳感器通信、HMI及日志功能。該功能主要收集的各種傳感器信息與作業信息發送到庫區管理系統并保存，具備查詢和數據導出的功能。

（11）自我診斷功能。判斷行車是否有故障并發送到庫區管理系統，根據行車故障狀態修改庫區管理系統作業。

2.2 行車PLC系統硬件組成

整車采用西門子公司最新的S7-1500系列PLC進行控制，S7-1500系列所有的PLC已經將工業以太網PROFINET作為標準的通信接口集成在了CPU上，因此以CPU為中心，與上位：監控計算機組成ETHERNET網，與分布式I/O模塊和交流變頻調速器構成PROFINET總線網絡系統，實現整個電控系統的網絡化工作模式。PLC安裝于電氣室電控柜內，分布式I/O模塊安裝在行車駕駛室，其參數可配置如下。

（1）電源模板6EP1332，為S7-1500機架提供電源。

（2） CPU模板，選用CPU1516模板。

（3） CPU1516通信模板，用于遠程站、傳動、傳感器等的通信。

（4） CP541通信模板，用于吊具角度檢測傳感器通信。

（5）以太網通信處理器CP543-1，用于S7-1500主站到庫管系統的連接。

（6） PLC UR2機架。

（7）接口模板IM15 5-1，用于將ET200 MP模塊化I/O站連接到PROFINET網絡。

（8）模擬量輸入模板，用于模擬量輸入，用于連接模擬量信號采集。

（9）數字量輸入模板，用于連接稱重、行車遙控接收端，操作開關和接近開關等開關量傳感器。

（10）數字量輸出模板，用于繼電器、接觸器等負載，輸出接口與負載之間設置無源接點隔離。

行車PLC控制系統配置如表1所示。

2.3 協調控制PLC系統

設置一套地而協調PLC也采用西門子S7-1500，協調控制PLC系統主要負責整個庫區的地面部分的數據采集、控制、聯鎖90 1 2021.2今日自動化以及安全管控。主要負責的內容和功能如下。

（1）下線臺架精確定位及位置鎖定。

（2）下線位置線卷長度測量。

（3）安全門禁管控。無人行車作業區域里不允許任何人隨意進入，增設安全護欄，出入口設置機械鎖定裝置，同時設置安全限位開關，行車進入未設置為危險區域等特定情況下不允許人員打開安全門進入。

（4）汽車出入庫管控。對于庫區內的車位，建設智能庫區的過程中，汽車的安全管控涉及該區域的安全，增加檢測傳感器以及人機交互系統，并與庫管系統通信共同。實現安全管控。系統配置如表2所示。

2.4 通信與網絡

2.4.1 系統結構圖

為實現行車控制與庫管系統間數據的快速傳遞，需要在庫區建立一個快速無線通信網絡，采用無線傳輸方式將車上控制信號傳輸到固定無線接入點（無線AP）中，然后再通過光纖通信方式與中央控制服務器進行通信。

行車的無線控制網絡采用點對點的接入方式，通信頻段5 GHz。

手持終端也采用該無線控制網絡通過漫游方式連接。

無線AP通過光電轉換設備連接到集控室交換機，采用單模干兆光纖通信方式實現，減少在線路傳輸過程中外部因素對通信信號的干擾，交換機均采用千兆以太網交換機。

行車上的無線客戶端安裝在電氣室內，直接連接到電氣室內的交換機上，天線安裝到行車外部，連接饋線在5m以內。系統結構如圖2所示。

2.4.2 工業以太網

在庫區中建立一個有線和無線相組合的工業以太網系統，通過網絡將集控室與行車連接，采用無線AP實現各個系統之間的通信，每個無線AP配置一臺光纖交換機，與以太網上的系統相連。

（1）協調控制PLC。

（2）庫區管理系統WMS。

（3）編程器PC。

（4）可視化系統、HMI。

（5）其它。

2.4.3 現場總線

現場總線采用Profinet，它是基于工業以太網的一種全新的工業總線形式，并針對分布式智能自動化系統進行了優化，具有很好的史時性，可以直接與現場設備連接，采用SCALANCE交換機實現設備與PLC直接連接，避免了老式總線網絡存在的問題。連接到Profinet網絡上的設備如下。

（1） PLC可編程控制器。

（2） PLC的遠程I/O系統ET200MP。

（3）傳動系統。

（4）帶有Profinet接口的發備。

2.4.4 串行通信接口

串行通信接口是采用了串行通信方式的擴展接口，其特點是通信線路簡單可靠，主要用于擺角檢測。

3 結束語

綠色發展和智慧制造是制造業未來發展的不二選擇，智慧制造能較大程度地提高勞動效率、資產效率和管理效率，而基礎自動化升級改造、生產系統集中是實現智慧制造的重要手段。本文所述的智能無人行車只足智慧制造中的一個縮影，但在國內外均已有成功案例，技術上電將日趨于成熟。

參考文獻

[1]孟帥“無人化”行車智能控制技術的研究[J]自動化應用，2017 （7）：47-48[2]陸遠程無人全自動行車在鋼鐵企業的應用[J]機電信息，2020（17）：45-46