基于PLC和Profibus—DP總線的煙箱物流分揀系統設計

李超

摘要：PLC和Profibus-DP總線控制技術越來越廣泛的應用到自動控制領域。本文主要通過PLC和Profibus-DP總線實現了一種智能煙箱物流分揀。本方案詳細規劃了系統網絡拓撲及系統架構。通過各類檢測裝置采集數據信息，利用總線完成系統多點控制及檢測。采用觸摸屏來實現人機交互，并進行模擬調試。本系統可靠性高、操作簡單、開發周期短。

關鍵詞：PLC；物流分揀；西門子

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0005-02

伴隨著我國網絡購物的迅速發展，我國的物流行業也在其帶動下迅速的發展著。而且隨著經濟全球化和信息技術的不斷發展，我國的物流行業必將進一步發展。但是物流分揀是當今制約物流行業的發展瓶頸。本文針對目前我國物流分揀系統的現狀及發展趨勢，智能快速的物流分揀系統對于整個物流行業非常重要。設計了利用PLC和Profibus-DP總線技術煙箱物流分系統。本系統下位控制部分采用SIEMENS的S7-317 2PN/DP實現高精度，實時動態控制，上位監控操作界面采用兩個SIEMENS的MP377和TP277B觸摸屏實現，軟件采用WINCC Flexible 2008設計?？刂撇糠值木W絡分為兩個部分：通過總線通訊來實現控制器與執行機構及檢測裝置進行信息的傳遞。通過主站與從站的協同配合以實現煙箱物流自動快速分揀。

1 系統架構及功能

1.1 硬件組態

在STEP7中的硬件組態如圖1所示。本系統除主控電柜外，共分為8個ET子站，主電柜和ET子站共同保證整個系統的通訊和控制。

1.2 系統構成

煙箱物流分揀系統構成如圖所2示。

自動分揀系統作為整個物流分揀的核心子系統之一，主要分為智能檢測系統、智能匹配系統。其中檢測系統分為煙箱識別系統、智能區別系統。可顯示整個系統的位置布局，當前各ET子站以及主系統的狀態（手動、自動、故障、報警等信息），主線雙鏈板輸送機當前運行的實際頻率，以及部分電動滾的運行狀態。所有ET站以及系統的手自動狀態只能靠電柜門上的旋鈕開關進行選擇。

每個ET子站中都裝有ET200S通訊模塊，通過ProfiNet方式與主控電柜中的S7-317進行通訊，然后通過人機交互傳送至上位機。子站通過條碼掃描裝置、分揀裝置及報警提示裝置。

本系統基于便于操控安全生產的思路，在整個分揀系統中各個子工序均相互獨立。

1.3 主控柜及各子站功能

每個ET子站中都裝有ET200S通訊模塊，通過ProfiNet方式與主控電柜中的S7-317進行通訊，由于各部分都是控制中必不可少的，網絡通訊上有硬件線路連接，因此在生產中的時候要保證所有ET子站工作電源正常，無論該ET子站所屬區間是否生產任務。按照功能可以大致將其分為以下幾個部分。

（1）主控電柜，整個控制部分的核心部分，電控柜中除了CPU外，還有系統通訊的網絡交換機，以及樓上部分主線電機驅動的變頻器。（2）ET1電柜，負責H組、G組、F組裝封箱機出口的電動滾，以及各電動滾組與主線連接處的氣動移載裝置（將煙箱從電動滾運送到雙鏈板輸送機上），同時還包括相應的光電信號的檢測。（3）ET2電柜，在功能上與ET1電柜完全相同，負責E組、D組、C組裝封箱機出口的電動滾，以及各電動滾組與主線連接處的氣動移載裝置（將煙箱從電動滾運送到雙鏈板輸送機上），同時還包括相應的光電信號的檢測。（附加說明：A組、B組為預留裝封箱機）（4）ET3電柜，主要負責無條形碼檢測部分的控制和螺旋提升機的堵塞檢測，包括無條形碼檢測條形碼掃描儀，剔除氣缸和電機（M3），其它相應的檢測光電管等。樓下雙鏈板輸送機M1、M2，螺旋提升機M4、M5的變頻器也裝在該電柜中，同時包括Profibus-DP網絡的中繼重發器和有源終端，因此要保證全線變頻器正常工作，除了主電柜外，ET3供電必須正常，否則DP網絡很容易受到干擾影響，從而導致變頻器網絡通訊中斷。（5）ET4電柜，負責A組分揀電動滾的控制，主在線的分揀條形碼掃描儀控制，電動滾上的條形碼確認掃描儀控制和相應的信號檢測，A組分為A1、A2、A3三組電動滾。分揀道口的滾筒電機采用SIEMENS的饋電器控制。（6）ET5電柜，負責B組分揀電動滾的控制，主在線的分揀條形碼掃描儀控制，電動滾上的條形碼確認掃描儀控制和相應的信號檢測，B組分為B1、B2、B3三組電動滾。分揀道口的滾筒電機采用SIEMENS的饋電器控制。（7）ET6電柜，負責C組分揀電動滾的控制，主在線的分揀條形碼掃描儀控制，電動滾上的條形碼確認掃描儀控制和相應的信號檢測，C組分為C1、C2、C3三組電動滾。分揀道口的滾筒電機采用SIEMENS的饋電器控制。（8）ET7電柜，負責M8雙鏈板輸送機上的6個集放工位的控制，樓上部分主在線電機的隔離開關輔助信號、3孔操作按鈕盒信號都接入ET7電柜中。（9）ET8電柜，負責人工放箱部分的控制，其中包括兩組電動滾、所屬的移載裝置，以及M10雙鏈板輸送機上的2個集放工位控制。

2 系統通訊

2.1 Profibus-DP簡介

Porfibus支持主—從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權，可主動發送信息。對多主站系統來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規定的時間內擁有總線控制權，共事先規定好令牌在各主站中循環一周的最長時間。按Profibus的通信規范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時，可以按主—從方式，向從站發送或索取信息，實現點對點通信。主站可采取對所有站點廣播 （不要求應答），或有選擇地向一組站點廣播。-DP的DP即DecentralizedPeriphery。它具有高速低成本，用于設備級控制系統與分散式I/O的通信。Profibus的傳輸速率為9.6K～12Mbps，最大傳輸距離在9.6K～187.5Kbps時為1000m，500Kbps時為400m，1500Kbps時為200m，3000K～12000Kbps時為100m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點。

Porfibus支持主——從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權，可主動發送信息。對多主站系統來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規定的時間內擁有總線控制權，共事先規定好令牌在各主站中循環一周的最長時間。按Profibus的通信規范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。

2.2 系統操作

（1）參數設置：主要包括主線變頻電機的“設定頻率”以及其它時間參數，所有參數在修改后，都需要點擊“參數修改確認”按鈕，才能將所修改參數寫入系統中。由于變頻器本身設定的最高頻率為50Hz，因此在此處設定頻率時，不會超過50Hz。其中“系統待機等待時間”是指，當所有裝封箱機沒有煙箱送出的時候，當等待時間到達該值后，系統會進入待機狀態，即主線電機停止，當裝封箱機有煙箱生產時，系統自動恢復到生產狀態，或者直接按“組合啟動”按鈕，也可以將系統轉入生產狀態?！盁熛涮蕹訒r執行時間”指樓下無條形碼檢測掃描儀在檢測到沒有條形碼時，需要等待多長時間執行剔除動作，該時間可以根據主雙鏈板輸送機M2的實際速度進行相應的調整，也可以在樓下的TP277B界面中設定該值。“主線啟動間隔時間”指在自動情況下，當系統主線雙鏈板輸送機按順序啟動時，其下一臺電機啟動需要等待的時間。（2）單機操作，該單機操作只是針對主線雙鏈板輸送機，當主電柜門上的“手自動”旋鈕選擇在手動時，就可以在該界面中啟動、停止主線電機了，同時可以根據要求對電機轉速進行調整。最高頻率為50HZ，即電機實際頻率為50HZ時，升頻命令無效。（3）網絡診斷，網絡診斷分為兩個部分，DP網絡和PN網絡，當DP網絡中任一站點通訊故障時，該站點顏色會變成紅色，當故障解除后，故障顏色會自動消失。ET200S以及碼垛輸送機與S7-317通訊中斷時，該站點會顯示為紅色，當網絡通訊恢復正常時，按下“故障復位”，網絡故障消失。當操作屏發生通訊故障，沒有顯示，可以通過觀察操作屏是否能正常工作來判斷。其中樓上電柜有3臺交換機，樓下ET3有一臺交換機，樓下TP277B直接連在樓上的X206中，而不是連接在ET3中的X206上。PN網絡中的IP地址都是以192.168.1.開頭，站點圖標中的地址表示其具體地址。

3 結語

本系統是人機界面、PLC、變頻器、伺服系統和Profibus -DP總線應用的結合，采用了基于現場總線的控制系統，系統高度穩定可靠，有很強的抗干擾能力，開放式的總線結構，可容納第三方設備，采用功能強大的Siemens 友好人機界面，使煙箱分揀系統控制更具有智能化與人性化，并且降低了系統設計、制造、安裝、維護的成本，同時提高系統的控制精度和系統的可靠性。滿足生產工藝需要，可以在更多領域進行推廣。

參考文獻

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