全自動(dòng)折板式連續(xù)提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鐘亮 彭毅/文

全自動(dòng)折板式連續(xù)提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鐘亮 彭毅/文

對于卷煙自動(dòng)化分揀來說，提升機(jī)的選擇至關(guān)重要。本文分析了一種具有多入多出功能的連續(xù)提升機(jī)控制方案。從系統(tǒng)方案著手，著重分析了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)過程。應(yīng)用實(shí)踐表明，該連續(xù)提升機(jī)控制系統(tǒng)具有較高出入庫能力，可滿足高速分揀線的補(bǔ)貨需求。

分揀效率、連續(xù)提升機(jī)、控制系統(tǒng)、設(shè)計(jì)方案

在卷煙自動(dòng)化分揀過程中，為達(dá)到較高的分揀效率，從高架庫自動(dòng)出庫的卷煙往往采用二級(jí)緩存裝置以提高件煙出庫能力，近幾年發(fā)展起來的多層穿梭密集緩存系統(tǒng)（簡稱“多穿系統(tǒng)”）便是其中的佼佼者。如何快速將件煙輸送到多穿系統(tǒng)的各層，如何快速將不同層的件煙搬運(yùn)到出庫站臺(tái)，是影響分揀效率的關(guān)鍵因素。因此，提升機(jī)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(dòng)折板式連續(xù)提升機(jī)，其工作流程如下：上位系統(tǒng)下達(dá)件煙任務(wù)—件煙到達(dá)入庫口—刷新任務(wù)狀態(tài)1—預(yù)選盤—入口托架下降—到達(dá)托架—上托盤—刷新任務(wù)狀態(tài)2—判斷件煙品牌是否與任務(wù)一致—查找出口—出口托架下—出托架并刷新任務(wù)狀態(tài)3。流程，如圖1所示。

目前，這套全自動(dòng)折板式連續(xù)提升機(jī)控制系統(tǒng)已在行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用，并取得顯著成效。

一、控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

基于西門子ST-400系列PLC的全自動(dòng)折板式連續(xù)提升機(jī)控制系統(tǒng)是由信號(hào)檢測部分、系統(tǒng)控制部分、報(bào)警指示部分等組成。具體系統(tǒng)控制，如圖2所示。

備件管理是卷煙工業(yè)企業(yè)管理重要組成部分

圖1：連續(xù)提升機(jī)及多穿系統(tǒng)簡圖

圖2：系統(tǒng)控制框圖

信號(hào)檢測部分由編碼器、鏡面光電開關(guān)、磁感應(yīng)開關(guān)等組成，用來檢測托盤位置、煙箱姿態(tài)及托架高低位；系統(tǒng)控制部分由提升電機(jī)、輥道輸送機(jī)、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、變頻器、氣缸、電磁閥等組成。其中，提升電機(jī)和變頻器控制托盤的上升、下降，輥道輸送機(jī)控制件煙到達(dá)提升機(jī)入口，鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)控制件煙進(jìn)出托架，氣缸、電磁閥控制托架的上升、下降；報(bào)警指示部分由三色塔燈和觸摸屏構(gòu)成，完成提升機(jī)的異常報(bào)警及其工作狀態(tài)指示。

二、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

與傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)）相比，現(xiàn)在工業(yè)用控制系統(tǒng)更多采用集中——分散控制方式，在一些非工業(yè)領(lǐng)域，更為先進(jìn)的現(xiàn)場總線控制已得到運(yùn)用。本文所分析的連續(xù)提升機(jī)控制系統(tǒng)就是典型的集中——分散控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。其主要分為三層：調(diào)度層、控制層、遠(yuǎn)程子站及子站所控制的設(shè)備（電機(jī)、電磁閥）。控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與DCS系統(tǒng)的區(qū)別在于遠(yuǎn)程子站上，通過利用profinet網(wǎng)絡(luò)，將控制層的數(shù)據(jù)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(shè)。

在本控制系統(tǒng)中，調(diào)度層主要通過TCP/IP將件煙任務(wù)下載到PLC；控制層根據(jù)任務(wù)，利用profinet調(diào)取遠(yuǎn)程子站的數(shù)據(jù)（光電管信號(hào)、編碼器值、氣缸高低位信號(hào)）進(jìn)行邏輯運(yùn)算判斷，再將控制信號(hào)發(fā)送到遠(yuǎn)程子站，以控制電機(jī)、電磁閥等執(zhí)行器件。

本控制系統(tǒng)共控制四臺(tái)連續(xù)提升機(jī)，兩臺(tái)入庫提升機(jī)（2入口10出口）和兩臺(tái)出庫提升機(jī)（10入口2出口）。以一臺(tái)入庫提升機(jī)為例，它需要用177點(diǎn)DI，87點(diǎn)DO的硬件資源，采用s7-400系列主要是基于控制精度、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的考慮。

三、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1.通信協(xié)議制定

自動(dòng)化物流系統(tǒng)離不開上位系統(tǒng)的調(diào)度，故而本控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初便與調(diào)度約定通信協(xié)議。具體而言，需要設(shè)定任務(wù)號(hào)以便于信息跟蹤；設(shè)定任務(wù)類型以判斷是出庫任務(wù)還是入庫任務(wù)；設(shè)定好取貨/放貨地址，以確定多入多出位置；設(shè)定物料碼以確定所搬運(yùn)件煙是否準(zhǔn)確；確定任務(wù)優(yōu)先級(jí)以判斷任務(wù)的緊急程度；設(shè)定任務(wù)狀態(tài)以跟蹤件煙位置。具體內(nèi)容，如表1所示。

表1：通信協(xié)議表

圖3：控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

圖4：入庫提升機(jī)工作流程圖

2.軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的入庫提升機(jī)和出庫提升機(jī)控制過程類似，為避免重復(fù)，僅描述入庫提升機(jī)入庫過程。

調(diào)度任務(wù)下達(dá)主控柜，PLC收到該任務(wù)后將任務(wù)狀態(tài)改成4（避免重復(fù)接受任務(wù)），并將任務(wù)下發(fā)到對應(yīng)的提升機(jī)、啟動(dòng)該提升機(jī)，等待件煙到達(dá)入庫口；件煙一旦到達(dá)入庫口，根據(jù)任務(wù)目標(biāo)地址判斷前方出口堵料情況，不堵料則再進(jìn)入選盤階段；選盤成功后，待托盤進(jìn)入安全區(qū)域?qū)崟r(shí)控制電磁閥下降氣缸、啟動(dòng)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、滾筒輸送機(jī)；鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)檢測件煙到位后，停止鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，刷新任務(wù)狀態(tài)5，等待托盤將件煙取走；當(dāng)件煙托盤進(jìn)入安全區(qū)域后，控制電磁閥升起氣缸，刷新任務(wù)狀態(tài)6；待件煙托盤到達(dá)提升機(jī)頂部觸發(fā)掃碼，驗(yàn)證件煙托盤準(zhǔn)確與否，當(dāng)正確時(shí)刷新任務(wù)狀態(tài)7；實(shí)時(shí)判斷件煙托盤位置是否到達(dá)出口，進(jìn)入出口安全區(qū)域，放下氣缸、啟動(dòng)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)將煙箱輸送出去；待離開安全區(qū)域，升起氣缸、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，刷新任務(wù)狀態(tài)2，入庫結(jié)束。入庫提升機(jī)工作流程，如圖4所示。

四、結(jié)論

本文針對全自動(dòng)連續(xù)提升機(jī)的控制需求，分析了基于西門子S7-400系列PLC全自動(dòng)控制系統(tǒng)，給出了整體方案、控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)布線及部分電路連線、與調(diào)度系統(tǒng)通信協(xié)議、電控軟件等工藝流程和結(jié)論。目前本系統(tǒng)已在衡陽煙草物流配送中心使用，入庫能力550件/時(shí)，出庫能力500件/時(shí)，可滿足25000條/時(shí)的高速分揀需求，具有實(shí)際運(yùn)用價(jià)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(xiàng)目為湖南省煙草公司重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目