1 引言
GE公司的PAC系统由一体化的软件开发平台和开放式模块化硬件平台构成,极易实现开放的、模块化的控制结构,能够成为更分布式的自动化工厂环境,满足多领域自动化系统设计和集成的需求。集存储、输送、管理等功能于一体的自动化立体仓库,是生产自动化中的重要环节,越来越受到现代企业的青睐。因此,针对当前自动化立体仓库的需求,我们研发了采用先进的PAC技术进行控制的分布式立体仓库控制系统。
2 立体仓库结构与功能要求
立体仓库由高层货架、堆垛机、货叉机构、控制系统组成。其中堆垛机是立体仓库的主要设备,与安装其上的货叉机构配合,在三台交流电动机驱动下完成X轴、Y轴和Z轴三维空间的运动与定位功能,实现仓库中所有货物的出库、入库等运行作业。为了满足不同应用场合的需要,立体仓库现场功能设置上应有便捷的自动与手动操作功能,立体仓库工作运行时只需要诸如库位存或取简单的操作即可完成所有功能。同时,控制系统应具有远程监控的功能,实现仓库运行实时过程监控、数据采集、报表查询打印、报警及报警管理等监控功能。
3 控制系统的总体结构
立体仓库控制系统采用上、下位机组织结构,控制系统各控制器之间通过工业以太网络连接通信,实现现场控制与远程管理的运行模式。上位远程监控计算机实时进行整个立体仓库出入库运行状态监控、仓库信息管理和仓库数据信息查询。下位的PAC Systems RX3i控制器是整个控制系统的枢纽,通过交换机实现与上位监控计算机互换数据信息,它将上位监控计算机调度指令信息分解,通过PROFIBUS总线与立体仓库现场带DP口的变频器建立控制通信网络,从而控制堆垛机的运行位置与方向。采用变频器对堆垛机上的交流电动机变频调速运行,这样既保证电动机工作在最佳的运行特性,又能便于通过PAC Systems RX3i控制器协调控制电动机工作。Quickpanel触摸屏方便进行立体仓库现场设备的操作与控制,立体仓库控制系统总体结构框图如图1所示。
4 控制系统硬件配置
针对立体仓库控制系统硬件设计要求,立体仓库控制系统下位机选用GE公司的PAC Systems RX3i控制器,PAC Systems RX3i控制器的硬件模块配置如图2所示。以太网ETM001模块提供与交换机连接的ETHERNET网络接口;PBM300为PROFIBUS总线模块,用于现场控制网络构建;数字量输入/输出模块用于现场检测与控制信号的接口;所有的模块包括RX3i CPU310都统一安装在背板的PCI槽位中。
另外为了保证设备现场的可操作性,硬件配置上选用GE公司的QuickPanel View/Control触摸屏作为现场人机界面。该触摸屏是最大限度灵活性设计的多合一微型计算机,通过其10/100 BaseT自适应以太网端口,可访问任何有权限的网络驱动器或共享资源,实现立体仓库状态信息的监控。堆垛机的三轴电动机选用西门子公司的MM430变频器驱动,通过选配的MICR．ｍａｓｔｅｒPROFIBUS接口模块挂接于现场PROFIBUS-DP控制网络。
5 立体仓库控制功能的实现
5.1 控制系统I/O地址分配
为了确保立体仓库的准确安全运行,堆垛机移动平台X、Z轴上均配置有2个限位开关和1个定位接近开关,Y轴上有2个限位开关和2个定位接近开关;同时控制器要提供3台变频器的启动信号以及接收变频器的故障信号。除此之外,设备上还要有启动按钮和指示灯、复位按钮和指示灯、停止按钮和指示灯等各种反映设备的运行状态的指示与控制信号电器装置。因此,本控制系统具体的I/O分配如表1所示。
5.2 立体仓库控制流程设计
本立体仓库具有自动和手动出入库两种控制方式。自动控制时,控制系统自动分析立体仓库仓位信息并就近选择一个仓位进行存取;手动控制时,控制系统会根据人工选择的仓位信息进行存取。如图3所示为控制存货和取货的流程图。
5.3 立体仓库控制程序设计
GE智能平台ME(Proficy Machine Edition)提供了一个完整的系统用于解决自动化控制的方案,支持多目标组件编辑功能的项目;支持快速、强有力、面向对象的编程,充分利用了工业标准技术的优势,实现运动控制、人机界面开发。本立体仓库控制程序便是通过ME编程软件进行PAC Systems RX3i和QuickPanel View Developer工程设置和控制程序设计开发。
根据立体仓库的控制流程图及立体仓库的控制运行要求,同时考虑到立体仓库仓位数量较多以及程序的可读性,本控制系统采用模块化的编程思想设计立体仓库控制程序,以方便复杂程序的管理与调试。例如图4所示为主程序块控制程序,图中I00100为急停开关地址,M00100为触摸屏上急停开关地址,I00100或M00100接通时,调用“CALL ESTOP”中断子程序;I00099为复位按钮的I/O地址,接通I00099,置位M00200,调用“CALL RESET”复位子程序进行复位。I00105和I00108分别为X轴左限位和Z轴下限位的限位开关的I/O地址,当复位完成,平台碰到X轴左限位和Z轴下限位的限位开关,启动指示灯闪烁后,才能进入“自动/手动”和“手动调试”功能。“CALL A_M”和“CALL MANUAL”分别为“自动/手动”和“手动调试”子程序,分别通过导通M00110和M00112调用“自动/手动”和“手动调试”子程序。
6 立体仓库组态监控的实现
为了更好进行立体仓库的控制运行,利用GE智能平台的iFIX组态软件对立体仓库进行上位机监控设计,实现对下位的PAC Systems RX3i控制器控制以及仓库运行状态的实时监控。通过配置SCU(System Configuration Utility)中的SCADA组态、报警、网络、安全、数据库等内容,建立iFIX与PAC Systems RX3i系统的基本通讯。制作立体仓库监控界面,设置控件属性,编写相应的VBA脚本,使各控件按照真实的情况动作,测试监控控制系统对立体仓库运行状态的控制效果。如图5所示立体仓库的监控运行界面。7 结束语
本文针对PAC Systems RX3i系统提出的自动化立体仓库控制系统,其结构简单,可靠性高,易于扩展,能实现对立体仓库出入库自动化控制,通过iFIX组态软件完成立体仓库监控设计,实现对立体仓库的运行过程及运行状态实时监控。该立体仓库控制系统已经投入使用,目前运行情况良好。
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作者简介:何用辉(1979-),男,讲师,硕士,主要从事机电系统辨识及智能控制、工业网络及自动化控制等方面的教学与研究。