PLC在工業智能柜中的應用

蔡志剛

（羅克韋爾自動化控制集成（上海）有限公司，上海，201201）

1 智能工業和物聯網的介紹

工業化的基礎是自動化，在近數十年里，自動化技術得到了迅猛地發展，自動化理論和實踐也都已經趨于成熟和完善,在諸多領域里都得到了充分驗證。現階段的工業自動化，是網絡通訊技術和人工智能的多元產物。DCS/PCS的理念是解決工業領域分布式，分散式并且集中管理。隨著傳感器、射頻識別、WIFI、紅外感應器、全球定位系統等硬件成本日益降低，智能工廠、智能家居、智能汽車等等無處不在，人們的生活已經逐步和智能產品融為一體。由此可見，物聯網的時代對自動化工程師的能力和知識面提出了更高的需求，既需要全面的自動化電氣理論和實踐知識，也需要了解網絡規劃和資源配置。缺乏實戰經驗的工程師，有時候只能保證了生產的安全性，生搬硬套工藝流程和集成方案，浪費了人力也浪費了成本。

2 PLC在工業智能柜領域的應用

2.1 PLC與智能柜的介紹

PLC是可編程控制器的簡稱，能夠連續運行在復雜的工業環境下，防干擾，防諧波，壽命長的一種電子裝置。工程人員根據工藝要求編寫邏輯，保存在存儲器里，在其內部執行邏輯運算、算術運算等指令，通過開關量和模擬量輸入輸出，實現對外部機械的狀態采集和自動化控制。PLC在工業領域有著廣泛的優勢，對技術人員編程能力要求不高，技術人員可以把更多的精力放在理解和改進生產工藝和流程上。國內常用的PLC主要包括羅克韋爾，西門子,施耐德,三菱電機,松下以及一些國產品牌,這些PLC在冶金、食品、化工、印刷生產線等領域都有應用。智能柜顧名思義不同于普通傳統柜，傳統柜子只是一個物品的物理存儲單元，不具備管理和人機互動的屬性。智能柜在普通柜子上增加了控制器和管理的屬性，從而更便捷的與人互動，讓傳統柜子充滿了生機和活力。

2.2 PLC控制器和輸出部分

本案例PLC采用ABCompactlogix 1769-L33ER,該控制器在中小型自動化控制項目里得到了廣泛應該，有如下特點：

（1）支持基于EtherNet/IP的集成運動控制。（2）新增適用于危險場合的特性（NSE版）。（3）內置儲能模塊，無需鋰電池。（4）支持設備級環形（DLR）網絡拓撲結構。（5）采用可拆卸式1 GB安全數字（SD）卡，提升數據完整性。（6）支持現有的1769 I/O輸出部分采用3塊1769-OB32，模塊介紹：1）led指示輸出狀態，2）輸出和總線與邏輯電路之間的光電隔離，3）晶體管輸出模塊采用源配置，4）高電流輸出，5）輸出為單端，6）電源電壓為24VDC。

2.3 智能柜的金屬構件

本案例智能柜整體采用不銹鋼結構，共計68門，和傳統豐巢快遞柜非常相似。不同點每個門都安裝透明有機玻璃，便于維護；最大不同點是控制系統和操作界面，豐巢快遞柜采用專用的控制器和操作界面。每個門里放置一種規格樣品電纜，電纜貼上唯一的條形碼，門鎖采用5VDC繼電器鎖，繼電器得電時門能夠自動彈開。

圖1 智能柜整體外觀圖

2.4 人機界面部分

（1）觸摸屏2711P-T10C22D介紹

1）使用Windows CE 6.0標準功能和彩色薄膜晶體管LCD、18位彩色圖形。2）通過VNC連接，從遠程位置監視應用項目。3）使用SD卡或USB閃存盤快速復制和恢復操作員界面。4）包括電子郵件和短信通知功能。5）包括512 MB內存和512 MB非易失性內存（大約 80 MB的可用用戶內存）。

（2）人機界面主要分為四個交互界面

1）自動掃碼頁面，此頁面是默認頁面，使用掃描槍掃描工單條形碼，內部程序自動比對后開啟對應的樣品電纜柜門。2）手動開門頁面，此頁面是手動開啟每個門，用于維護校驗樣品電纜。3）報警設置頁面，可以設置樣品電纜校驗周期和使用次數，如果兩者之一超過限制，門將會自動鎖住，需要專業人員用密碼解鎖。4）自定義樣品電纜規格頁面，每個門樣品電纜可以對應1個或多個訂單號，管理人員可以方便自定義和修改。5）報警頁面，任何樣品電纜超過使用周期或使用次數都會報警，并顯示當前報警信息。

圖2 掃碼操作界面

2.5 FactoryTalkview集成的配方功能介紹和應用

配方是一組數字和字符串數據值（配料），可以下載到數據源的相關標記中，每個成分都有一個預先設置的數據值。配方中所有配料的數據值集合稱為數據集，分配給配方中配料的數字和字符串標簽集合稱為標簽集。配料、數據集和標簽集一起存儲在一個配方文件中。配方是柔性設計解決方案，可以用于制造食品和飲料，但它也可以用于任何應用程序。操作員可以編輯想要的顯示，下載或保存多個工藝用到的參數。例如，配方經常被用于石化和制藥工業，在制藥行業里可以使用配方來設計柔性包裝，創建配方，規定盒子里要放多少紙巾，或瓶子里要放多少毫升洗發水等等。FactoryTalk配方系統，允許客戶為每個配方文件創建最多15000個配料、500個數據集、50個標記集和2500個單元。設計人員可以在開發時創建數據集，在運行時編輯它們并在運行時從標記值創建新的數據集。

本案例成功的使用了配方系統，操作員可以便捷的在線增加、編輯、刪除每個門里電纜規格型號，增強了智能柜的使用彈性。

圖3 配方交互界面

2.6 基于Web的人機界面

FactoryTalk ViewPoint是一個集成于FactoryTalk View的延伸功能，可以便捷的將觸摸屏界面發布到FactoryTalk ViewPoint服務器上（也稱為Web服務器），客戶只要獲取IP地址就可以從任何地點對流程進行監視和控制。部署Web應用的步驟為：在FactoryTalk View應用中選擇畫面，把它轉換成在Web瀏覽器中可以觀看的格式即可，FactoryTalk ViewPoint2.0進一步提升性能，具有WEB讀寫功能。

本案例工業智能柜也發布了WEB頁面功能，管理者只要獲取IP地址和登錄密碼，就可以遠程查看樣品電纜柜子狀態、報警狀態、下次需要校驗時間及遠程控制，大大增強了智能柜遠程訪問和管理的性能。

3 普通柜和智能柜操作流程及性能比較

3.1 普通柜操作流程

圖4 普通柜操作流程

生產員工在領到訂單后，需要根據訂單號，從65種規格的樣品電纜找到對應樣品電纜。生產結束后，同樣的方法再走一遍，需要找到對應的抽屜歸還。不管是搜尋樣品和歸還樣品，都需要花費大量的時間去識別和比對，如果樣品電纜識別錯誤，會導致整個生產線產品報廢，造成數萬元不等的損失。同樣對樣品有效性校驗上，也需要質量部門花費大量的時間去跟蹤，質量部門需要手動記錄每個樣品電纜的初次校驗時間和下次校驗時間，浪費大量的管理時間。另外，某些樣品電纜使用頻率極高，導致出現故障概率比其他樣品電纜要高，由于普通柜是很難統計使用頻次數據，造成部分樣品電纜過度使用造成質量隱患。

圖5 智能柜操作流程

3.2 智能柜操作流程

所有樣品電纜貼上條形碼，做好唯一標識。員工拿到訂單后，只需要用掃碼槍掃描訂單，智能柜自動識別訂單后，并比對訂單信息，然后自動開啟抽屜門，員工輕松獲取樣品電纜。歸還時，同樣只需要簡單掃描樣品電纜上的條形碼，門自動打開，如果有樣品電纜沒有及時歸還，智能柜會報警提示，整個過程形成閉環。樣品的校驗周期，完全是PLC自動提醒校驗日期，并額外增加了使用次數上限觸發報警，有效的避免個別使用頻繁的樣品電纜造成的質量隱患。整個過程無需操作人員去記憶樣品電纜位置和關注電纜是否在有效校驗周期內，大大方便了一線操作員工，有效降低了員工犯錯的概率。智能柜非常容易統計每根樣品電纜使用頻次，給后續質量分析和提前預防提供了依據。

3.3 性能比價

普通傳統柜，只能做為單純的物理存儲單元，存放任何物品需要在柜門上做好詳細的標識，否則尋找物品需要花費大量的人工。優點是造價便宜，操作員不需額外技能和培訓，也不需要額外的供電。智能柜，除了可以作為物理存儲單元外，增加了管理功能，其性能可以概括為方便操作員查找物品、管理物品有效性、遠程訪問物品狀態等等。缺點是第一次投入費用高，需要專業的人員培訓才能使用，需要額外供電。

4 結語

PLC在工業智能柜中的應用，大大提高了生產效率，減輕了操作人員作業強度，有效防止現場工作人員視覺疲勞導致的批量生產錯誤和質量下降。此方案的成功實施，給工業技術同仁提供了寶貴的借鑒思路，拓展了視野，進一步挖掘PLC應用的廣度和深度。另外，也讓廣大自動化PLC愛好者，能夠在現有的知識體系里不斷創新，開發出更多人機結合的智能柜、智能產品，更好地服務工業領域。