基于 PC 和 EtherCAT 的控制技術(shù)在自動化倉儲物流中的應用

開放式控制解決方案助力實現(xiàn)跨系統(tǒng)通信

倍福為昆明船舶設備集團有限公司下屬的昆船智能實施的自動化試驗、存儲立體倉庫項目在幫助他們提升系統(tǒng)效率的同時，還體現(xiàn)了智能制造特點。倍福開放、緊湊的控制技術(shù)是該項目成功實施的關(guān)鍵。

昆船智能技術(shù)股份有限公司（簡稱昆船智能）隸屬于中國船舶集團下屬的昆明船舶設備集團有限公司。現(xiàn)有職工 1800 余人，其中專業(yè)技術(shù)人員 1000 余人，資產(chǎn)總額近 30 億元（人民幣）。公司主要業(yè)務包括倉儲及電子商務物流自動化設備和系統(tǒng)的開發(fā)、設計和系統(tǒng)集成。昆船智能是先進制造業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)深度融合的新型企業(yè)，在中國自動化物流系統(tǒng)行業(yè)確立了領導品牌地位，他們先后采用倍福技術(shù)開發(fā)了滑靴式分揀設備、交叉帶分揀設備、多層穿梭車、環(huán)形穿梭車、AGV 等設備。

適合 DIN 導軌安裝的 CX2020 嵌入式控制器用作邏輯控制器和通信服務器；同時，它也支持現(xiàn)場操作和遠程維護

昆船智能在承接自動化試驗、存儲立體倉庫項目時，公司決定將其也用作現(xiàn)代物流倉庫的試驗場。新的總裝集配中心主要用于總裝車間設備零部件的倉儲配送，項目目標是實現(xiàn)產(chǎn)品零部件的規(guī)范化管理，提升信息化管理水平。昆船智能經(jīng)公司相關(guān)部門領導的商討，選擇倍福作為其控制系統(tǒng)供應商，以提高其自身電控產(chǎn)品平臺的豐富多樣性，同時探索類似高級語言編程，以及基于 PC 平臺在整線控制上的性能。

系統(tǒng)架構(gòu)及控制功能

在最終配置中，數(shù)據(jù)庫服務器和調(diào)度服務器處于系統(tǒng)架構(gòu)高層，負責生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理及與MES、ERP系統(tǒng)的交互、調(diào)度任務下發(fā)等。本地 PLC 控制器、堆垛機單元及其它系統(tǒng)處于平級控制。稱重單元、輥道輸送系統(tǒng)、二維碼識別系統(tǒng)、外觀檢測系統(tǒng)、操作員終端作為本地 PLC 控制器的子系統(tǒng)，受本地控制器的控制。

系統(tǒng)功能分為出入庫控制、物料查詢、物料管理等單元。在入庫過程中，托盤通過叉車搬運到入口處，并放置到通過 PLC 控制的輥道輸送系統(tǒng)上。當輥道輸送系統(tǒng)移動這些貨品時，系統(tǒng)會讀取托盤上含有貨品信息的二維碼，控制器將二維碼信息傳輸給下一個輥道。掃碼后的托盤首先進入到外觀檢測區(qū)域進行外觀體積的檢測，根據(jù)不同的體積進入不同的輥道，然后，托盤移至地上衡進行稱重，這些體積重量信息被添加到托盤信息中，調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)這些信息選擇合適的貨位來存放托盤。

基于 PC 的開放式控制技術(shù)簡化通信過程

輥道輸送機的控制基本都是基于邏輯控制，比較簡單，相對來說，倉儲設備與上位層系統(tǒng)之間的通信顯得較為復雜。系統(tǒng)的控制難點包括如何能夠穩(wěn)定地進行設備間的數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)出現(xiàn)故障后如何能夠快速恢復等。相對于傳統(tǒng) PLC 控制，CX2020 嵌入式控制器支持所有這些過程，并無需使用額外的 PC 設備。

高密度 I/O 組件的使用降低了硬件成本，減少了控制柜中占用的空間

據(jù)昆船智能介紹，與傳統(tǒng)控制技術(shù)相比，倍福 PC 控制技術(shù)的優(yōu)勢在于設備的互通互聯(lián)、高速性、高精度控制等方面。總體來說，PC 控制技術(shù)的系統(tǒng)開放性簡化了項目中的通信。在這個項目中，通過在本地 PLC 中安裝的 PROFINET 通信協(xié)議選件包實現(xiàn)與堆垛機單元的 PROFINET 通信；通過 Modbus TCP 選件包實現(xiàn)與二維碼識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互是，通過安裝 TCP/IP 選件包實現(xiàn)與外觀檢測系統(tǒng)的 UDP 通信。此外，控制器可以使用 TwinCAT Database Server 直接與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互，將相關(guān)的重量、外觀和尺寸信息等直接寫入數(shù)據(jù)庫中。嵌入式控制器可以與倍福控制面板 CP2912 結(jié)合，形成一個集成在控制柜中的緊湊型控制單元，無需使用單獨的操作終端。

此外，PC 控制系統(tǒng)的互聯(lián)互通性還體現(xiàn)在它支持 VPN 通信。客戶的技術(shù)中心在市區(qū)，而倉庫在工業(yè)園，兩地之間距離有 10 多公里，當設備有問題時，客戶可以從技術(shù)中心遠程登錄控制系統(tǒng)，方便指導現(xiàn)場人員對故障進行排查。

緊湊型 I/O 模塊的使用降低硬件成本

“物流行業(yè)現(xiàn)在競爭激烈得很，對我們來說，降低成本是重中之重。相比我們以前使用的其他家系統(tǒng)相比，采用倍福的 16 通道高密度端子模塊后，整體硬件成本降低了 30% 左右。”負責這個項目電控設計的楊新麗工程師說道。

系統(tǒng)一共設計了 5 個地上衡，它們通過 EL6631 PROFINET RT 控制器/設備都端子模塊連接 EtherCAT 總線。“倍福 EtherCAT 網(wǎng)關(guān)模塊配置靈活方便，我們之前使用的其他供應商的網(wǎng)關(guān)模塊都需要使用獨立的軟件進行配置，而倍福的 EtherCAT 網(wǎng)關(guān)的配置可以通過 TwinCAT 軟件方便、穩(wěn)定地完成。”昆船智能公司負責項目調(diào)試的馮立源工程師說道。

EtherCAT 網(wǎng)關(guān)端子模塊能夠輕松將地上衡（以 PROFINET 節(jié)點的形式）連接到控制系統(tǒng)中。

高效開發(fā)縮短項目實施時間

倍福的軟件和硬件可以分開開發(fā)調(diào)試，軟件工程師不需要了解硬件就可以編寫和調(diào)試程序。硬件工程師只需要按照點表要求把變量點與實際硬件點鏈接起來即可。專業(yè)化的分工使得工程師有更多的精力來優(yōu)化系統(tǒng)；軟件和硬件可以同時開工實施，到差不多時再結(jié)合起來聯(lián)調(diào)，減少項目的實施周期。此外，當某個硬件通道損壞后硬件工程師只需把當前的變量鏈接解綁，重新綁定到另外一個通道即可，不需要修改運行程序的源代碼。

程序的仿真運行也是 TwinCAT 的強項。“我們的軟件在開發(fā)好后都需要先與 TIMMS VCCS 軟件進行聯(lián)機仿真調(diào)試，倍福在仿真運行這塊確實做得好，我的電腦在裝好 TwinCAT 后就成了一個算力強大的控制器，能夠直接找到程序中的錯誤。”馮立源工程師解釋說道。TwinCAT 支持所有 6 種 IEC 61131-3 編程語言，各種編程語言可以在一個項目中混用。梯形圖（LD）編程語言的邏輯比較直觀明了，可以用于控制輥道機；結(jié)構(gòu)化文本（ST）編程語言用于實現(xiàn) Modbus TCP 通信、UDP 調(diào)試和算術(shù)運算。

對未來的展望

隨著智慧工廠、工業(yè)4.0概念的提出，未來的物流自動化也要朝著智能化、信息化的方向發(fā)展，昆船智能認為，傳統(tǒng)的“黑盒子”PLC 控制是一個封閉的平臺，無法實現(xiàn)所需的新功能，而基于 PC 的控制技術(shù)本身就是 PC 技術(shù)的一個分支，具備了在同一個平臺上實現(xiàn)自動化、智能化和信息化融合的條件。“在這個項目中，我們看到了 PC 控制技術(shù)的巨大潛力，在下一個項目中，我們可能會考慮采用一臺功能更強大的 PC 控制系統(tǒng)來替代目前的服務器工作，這樣又可以幫我們節(jié)省兩臺服務器的開支。”楊新麗工程師總結(jié)說道。