雙工位移載車在自動化物流線中的優化控制與應用

楊 鵬，劉 瑩，孫 昳，汪靈瑤，彭志勇

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

雙工位移載車在自動化物流線中的優化控制與應用

楊 鵬，劉 瑩，孫 昳，汪靈瑤，彭志勇

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

介紹了雙工位移載車在化纖自動化物流線中的的優化控制與應用。該系統能夠替代人工實現不同批次不同類型的成跺貨物在各個不同功能的工位間的配送。雙工位移載車采用西門子S7-1500系列PLC當作其控制系統。目前正在某化纖紡織企業運行良好，節省了大量勞動力，對提高產品質量與高效生產起到了重要作用。

PLC；雙工位移載車；自動化物流線；優化控制

0　引言

在我國現有的化纖包裝車間里，由于產品批號與規格較多，大多需要通過人工的方式來運輸作業，而人工方式存在不確定性因素，屢犯批號規格不一致等錯誤，導致混批，給客戶與企業造成經濟損失。隨著工業4.0概念的提出，自動化物流設備在化纖行業得到了廣泛應用，而移載車在智能化自動化包裝線中起著出入庫聯接，貨物分配，信息傳遞等極為重要的作用。雙工位移載與單工位移載車相比，工作方式多樣化、控制程序優化、定位更加精確、速度更加快捷，實現了大批量生產作業，彌補了單工位移載車的生產效率不足等缺點。本文以聚纖企業實際需求為基礎，介紹了應用于自動化物流生產線的雙工位移載車的結構及工作原理，對其在多位置作業中的各個環節進行優化控制，對智能化的物流系統具有一定的參考性和適用性。

1　系統簡介

1.1主要工藝流程

在化纖自動化物流線中，雙工位移載車主要負責接送碼垛站臺的貨物，把碼滿跺的產品接送到滿跺下線站臺，把碼成的未滿跺產品接送到未滿跺的入庫站臺。并根據碼垛站臺所碼的產品批號和類型給碼垛站臺輸送相應的空棧板或未滿跺繼續補跺的未滿棧板。雙工位移載車能實現多碼垛站臺的貨物配送，并根據各個站臺的生產狀態來合理的分配作業調度，實現高效與穩定的生產。

1.2系統硬件結構

1）控制器結構

雙工位移載車系統采用西門子公司S7-1500系列PLC中的CPU 1511C-1PN作為控制器。此型號CPU集成了數字量輸入輸出，模擬量輸入輸出，高速計數器和工業以太網接口。本系統根據需要擴展了一個16點的輸入模塊（DI 16×24VDC BA-1）和一個Profibus-DP通訊模塊（CP 1542-5_1）來接入外圍傳感器和定位傳感器如圖1所示。

圖1　雙工位移載車控制系統硬件結構配置

控制器作為系統的核心，它負責接收伙伴站通訊過來的各個站臺的生產狀態，并根據車體上的傳感器的狀態，來制定作業調度。確定好當前調度后再控制雙工位移載車進行相應的作業。最后并把實際的貨物與貨物的背景信息上傳到伙伴站。實現物流與信息流同步傳輸。

2）認址方式

本系統認址方式為BPS條碼帶方式認址，其定位傳感器與CPU之間以Profibus通訊協議通訊如圖2所示。傳統的認址片認址方式和編碼器認址方式在設備使用較長時間后會出現編碼異常以及位置偏差，在接送貨物時會導致設備損壞，減少設備使用壽命。由于本系統作業對接工位較多，任務繁雜，為了提高定位精度保證設備與貨物的安全運行，所以采用BPS條碼帶方式認址，相對于傳統認址片方式認址，BPS條碼帶認址定位精度高，抗干擾能力強，不會有誤信號產生。并且移載車在運行時能實時位置監控，方便對速度的控制以及作業的優化安排，提高生產效率。另外，相對于傳統認址方式，BPS條碼帶認址安裝方便、沒有機械磨損和動力損耗，不會隨著設備的長時間應用而降低精度。

圖2　雙工位移載車網絡結構

1.3PLC程序設計

本系統包括上位觸摸屏程序以及下位PLC程序兩部分。PLC程序都由TIA Portal V13開發。

為了降低程序復雜度，使程序設計、調試和維護等操作簡單化，本系統采用模塊化編程。主要方法是為了得到一系列以功能塊為單位的算法描述。以功能塊為單位進行程序設計，實現其求解算法。即程序分為初始化模塊、I/O濾波模塊、通訊模塊、作業調度模塊、運行模塊、作業過程模塊和故障處理模塊等。

1）優化控制

雙工位移載車與傳統的單工位移載車相比，其核心在于雙工位移載車的工作方式比單工位移載車要多樣化。所以其控制策略要復雜于單工位移載車。傳統的單工位移載車工作時，只能把站臺上的貨取走運送至指定工位，完成本次作業后才能再給這個站臺送空托盤，這種運行模式不利于托盤輸送銜接，嚴重影響生產效率。本系統中由于取貨站臺和放貨站臺比較多對生產效率的影響更為嚴重。另外，在自動化物流線上，對每臺設備的運行要求很高，單工位車由于只有一個輸送機，當移載車故障時，需要及時維修，如果維修不及時會導致車間全線停產，從而給生產帶來不良影響。

本系統中采用的雙工位移載車，適合多站臺復雜的邏輯控制。當兩個工位都能正常工作時，其中一個工位具有存儲功能，即當其中某個站臺有取貨請求或預備取貨請求時，可以先判斷此站臺貨物取走后需要空托盤還是未滿垛托盤。而后雙工位移載車可以提前工作，存儲相應的托盤后再去接此站臺的貨物。接到下線站臺的貨物后，車挪動一個工位，即可將預存儲的托盤送到當前工位進行作業。這樣能縮短更換托盤時的銜接時間、碼垛機等待時間，極大的提高了運輸效率。另外，當碼垛工位將下一垛需要未滿垛信息傳給移載車而碼垛工位當前正在工作時，移載車可預先到出入庫棧臺，將從庫里調出來的未滿垛貨物提前放置在緩存道上，并將其貨物信息即時傳給PLC進行存儲。本系統中如果雙工位移載車其中一個工位故障，而現場條件不能及時維修時，為了穩定生產，單個工位也能繼續工作，實現兩個工位互相冗余的功能。

2）作業調度

作業調度主要由取貨條件和放貨條件兩部分組成，逐個分析各個站臺的取貨條件，并根據取貨請求時間考慮的優先級來調度移載車取貨的優先順序。其具體流程如圖3所示。

圖3　雙工位移載車取貨作業流程

雙工位移載車其中一個工位取完貨后，根據所取貨物的類型查看相應能放貨的站臺是否允許放貨，如有多個站臺允許放貨便依據時間規則進行排序，優先給等待時間最長的站臺送貨。其具體流程如圖4所示。

圖4　雙工位移載車存貨作業流程

1.4觸摸屏程序設計

為了便于操作人員對雙工位移載車維護時的操作，本系統在上位機觸摸屏上開發了專業的人性化操作界面，能都實現遠程操作，提高人身安全，此界面實時顯示了移載車的運行狀態、作業類型、移載車當前所處的位置、傳感器狀態等信息如圖5所示。

圖5　雙工位移載車監控界面

由于雙工位移載車所工作的站臺較多，任務復雜，為了讓操作人員直觀的了解雙工位移載車接送貨物的分配狀態，本系統在觸摸屏上能夠顯示站臺的貨物分配狀態，如圖6所示，此界面顯示了各個站臺貨物的去向、批號、下線類型和上線類型以及取貨請求和放貨允許等信息。方便貨物信息追溯。

圖6　貨物分配信息界面

2　結束語

目前，該系統已經調試完畢，通過長期的運行，驗證了設備的控制優化合理、穩定可靠，也證明了雙工位移載車的優化控制在實際生產中達到了預期的設計要求。綜上所述，該控制系統充分結合了企業目前的發展現狀和生產控制要求，大大提高了生產線的自動化程度和物流配送效率，產品質量大幅提高，極大地提升了企業在行業內的競爭力，同時促進了國內自動化物流生產線的發展。

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Optimal control and application of double station automatic vehicle in the automatic production line

YANG Peng, LIU Ying, SUN Yi, WANG Ling-yao, PENG Zhi-yong

TP273

A

1009-0134(2016)07-0046-03

2016-05-02

楊鵬（1982 -），男，河北石家莊人，本科，研究方向為物流集成。