基于 PC 和 EtherCAT 的控制技術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跨系統通信

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效率的同時，還體現了智能制造特點。倍福開放、緊湊的控制技術是該項目成功實施的關鍵。

昆船智能技術股份有限公司（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。現有職工 1800 余人，其中專業技術人員 1000 余人，資產總額近 30 億元（人民幣）。公司主要業務包括倉儲及電子商務物流自動化設備和系統的開發、設計和系統集成。昆船智能是先進制造業和現代服務業深度融合的新型企業，在中國自動化物流系統行業確立了領導品牌地位，他們先后采用倍福技術開發了滑靴式分揀設備、交叉帶分揀設備、多層穿梭車、環形穿梭車、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，項目目標是實現產品零部件的規范化管理，提升信息化管理水平。昆船智能經公司相關部門領導的商討，選擇倍福作為其控制系統供應商，以提高其自身電控產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。

系統架構及控制功能

在最終配置中，數據庫服務器和調度服務器處于系統架構高層，負責生產數據管理及與MES、ERP系統的交互、調度任務下發等。本地 PLC 控制器、堆垛機單元及其它系統處于平級控制。稱重單元、輥道輸送系統、二維碼識別系統、外觀檢測系統、操作員終端作為本地 PLC 控制器的子系統，受本地控制器的控制。

系統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上。當輥道輸送系統移動這些貨品時，系統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域進行外觀體積的檢測，根據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，調度系統根據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之間的通信顯得較為復雜。系統的控制難點包括如何能夠穩定地進行設備間的數據交互，系統出現故障后如何能夠快速恢復等。相對于傳統 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

據昆船智能介紹，與傳統控制技術相比，倍福 PC 控制技術的優勢在于設備的互通互聯、高速性、高精度控制等方面。總體來說，PC 控制技術的系統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 通信協議選件包實現與堆垛機單元的 PROFINET 通信；通過 Modbus TCP 選件包實現與二維碼識別系統的數據交互是，通過安裝 TCP/IP 選件包實現與外觀檢測系統的 UDP 通信。此外，控制器可以使用 TwinCAT Database Server 直接與數據庫進行數據交互，將相關的重量、外觀和尺寸信息等直接寫入數據庫中。嵌入式控制器可以與倍福控制面板 CP2912 結合，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 控制系統的互聯互通性還體現在它支持 VPN 通信。客戶的技術中心在市區，而倉庫在工業園，兩地之間距離有 10 多公里，當設備有問題時，客戶可以從技術中心遠程登錄控制系統，方便指導現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

“物流行業現在競爭激烈得很，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 網關模塊配置靈活方便，我們之前使用的其他供應商的網關模塊都需要使用獨立的軟件進行配置，而倍福的 EtherCAT 網關的配置可以通過 TwinCAT 軟件方便、穩定地完成。”昆船智能公司負責項目調試的馮立源工程師說道。

EtherCAT 網關端子模塊能夠輕松將地上衡（以 PROFINET 節點的形式）連接到控制系統中。

高效開發縮短項目實施時間

倍福的軟件和硬件可以分開開發調試，軟件工程師不需要了解硬件就可以編寫和調試程序。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。專業化的分工使得工程師有更多的精力來優化系統；軟件和硬件可以同時開工實施，到差不多時再結合起來聯調，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。“我們的軟件在開發好后都需要先與 TIMMS VCCS 軟件進行聯機仿真調試，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；結構化文本（ST）編程語言用于實現 Modbus TCP 通信、UDP 調試和算術運算。

對未來的展望

隨著智慧工廠、工業4.0概念的提出，未來的物流自動化也要朝著智能化、信息化的方向發展，昆船智能認為，傳統的“黑盒子”PLC 控制是一個封閉的平臺，無法實現所需的新功能，而基于 PC 的控制技術本身就是 PC 技術的一個分支，具備了在同一個平臺上實現自動化、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 控制系統來替代目前的服務器工作，這樣又可以幫我們節省兩臺服務器的開支。”楊新麗工程師總結說道。