PROFIBUS-DP现场总线在宝鸡卷烟厂自动化物流系统中的应用分析

刘庆明

陕西中烟工业有限责任公司宝鸡卷烟厂 721013

PROFIBUS-DP现场总线在宝鸡卷烟厂自动化物流系统中的应用分析

刘庆明

陕西中烟工业有限责任公司宝鸡卷烟厂 721013

自动化物流系统以西门子S7-400系列PLC为基础，采用工业以太网、PROFIBUS-DP现场总线等先进技术，将上位监控、现场触摸屏、现场输送设备、变频器等连接组合成一个工业控制网络，从而实现物流系统设备自动监控及信息共享，为企业原辅材料及成品高效储存、管理、决策奠定坚实基础。

自动化物流系统；以太网；PROFIBUS-DP现场总线

自动化物流系统集机、电、光、网络、现场总线及信息技术等为一体, 采用巷道式自动堆垛机、条码自动识别仪、红外线通讯、激光定位导引、机器人自动码垛、网络通讯等先进技术，提高了仓库空间利用率、加快了货物存取速度，减轻了人员劳动强度及库存资金积压，有效提升了企业自动化、信息化、智能化生产管理水平，使企业信息得到及时共享，使合理安排生产、提高生产效率成为可能。

在自动化物流系统中，现场总线技术有着重要的应用领域，如宝鸡卷烟厂自动化物流系统（包括配方、辅料、成品、嘴棒共四个自动化物流系统）中就大量应用了Profibus现场总线技术，

下面以具有代表性的辅料自动化物流系统为例进行分析。

1、辅料自动化物流系统总体概况及主要设备

辅料自动化物流系统负责对烟支卷接与包装所需辅料按一定比例进行合理配盘，按“先进先出”、“出库优先”的原则进行出入库作业，并按要求将所需辅料自动运送至各卷接包机台，并能完成辅料数量、质检、入库、出库等信息的全程跟踪、查询、报表统计、打印功能。

辅料自动化物流系统总库存货位2340个。主要设备有：巷道式堆垛机（3台，日本丰田公司）负责自立库区存取辅料托盘；AGV激光导引小车（6台，罗格莱公司）负责将辅料托盘自立库出货口运至各要料卷接包机台并将机台余料或空托盘运回立库空托盘及余料回收口；高速往复式穿梭车（1台，DEMATIC公司）及输送设备（60余台套，DEMATIC公司）负责在各货位之间输送辅料托盘。

设备平面布局分为入库区、立库区和出库区。

入库区负责卷烟辅料的入库，根据生产计划，作出各品牌卷烟所需辅料的备料配盘，入库区对空托盘组自动分发以满足入库所需单个空托盘，并对已经配好料的托盘进行条码扫描，并将该托盘辅料信息与条码进行一体式记忆。立库区负责贮存已经配好盘的辅料。出库区负责根据各卷接包机台的要料需求，从立库区按照先进先出原则将所需辅料盘出库，之后由全自动AGV小车运送至各生产机台，并对余料及空托盘进行及时回收。

2、辅料自动化物流系统结构

自动化物流系统分为仓库管理WMS系统和仓库控制WCS系统。

仓库管理WMS系统实现物料信息的收集、处理、传送、存储和分析，仓库管理人员可以查看库内各设备的运行状态、物料储存信息，全面了解仓库的储运情况，并将出入库任务及时下达至仓库控制WCS系统。

仓库控制WCS系统对WMS系统下达的物料出入库任务依据任务均衡、路径最短、优先级调度、堵塞就近处理等原则，通过各种通讯方式与物料输送机存储设备进行信息交互，完成WMS系统下达的物料入库、出库、质量抽检、盘点等任务，并实时向WMS系统反馈设备实际运行状态及库存等信息，协调控制输送机、堆垛机、穿梭车及自动引导小车等现场设备的相互配合运转，并将各现场设备的状态监测和通讯数据向WMS系统进行实时反馈。

3、PROFIBUS-DP现场总线技术特点及在WCS系统中的应用

PROFIBUS，是一种国际化，开放式。不依赖于设备生产商的现场总线标准。由3个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。Profibus可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化，与其他现场总线相比，Profibus的重要优点是具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性，它包括了加工制造、过程和数字自动化等广泛的应用领域，并可同时实现集中控制、分散控制和混合控制三种方式。

PROFIBUS主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权（令牌），令牌在所有主站中循环一周的最长时间是事先规定的。在PROFIBUS中，令牌传递仅在各主站之间进行。主站得到总线存取令牌时可依照主-从通信关系表与所有从站通信，向从站发送或读取信息，也可依照主-主通信关系表与所有主站通信。

W C S系统采用西门子P C I L 4 3 PIV工控机作上位机，通过SIEMENS CP1613与工业以太网交换机（菲尼克斯14TX/2FX）相连，同时主控S7-400系列PLC及自动巷道式堆垛机也与工业以太网交换机相连，主控PLC系统则通过CPU模块自带的PROFIBUS-DP接口与分布在各现场的带PROFIBUS-DP接口的设备（如条码扫描仪、变频器、分布式I/O、现场显示及操作终端等）完成辅料物流自动化系统组态、运行、操作等功能。

采用带Profibus－DP接口的S7－400系列PLC作为系统的过程控制主站，将分布在现场的智能设备与各种分布式I/O从站通过Profibus总线进行连接并实现数字信息交换（如数据采集、参数设定等）及过程控制。Profibus站的分布式I/O选用ET200S系列模块；操作员终端（DIGITAL GP2500-TC41～24W）、条码设备(CLV421)等都带有Profibus－DP接口,作为Profibus－DP的从站。

设备控制层的主要设备组成：由主控制柜、配电柜、现场控制柜、分布式I/O、现场操作员终端、现场总线组件等组成。控制系统可以独立完成自动化物流系统所有设备的运行、停机、故障报警等各种过程控制，通过现场操作员终端，可以实现单机/自动切换、对每台设备进行手动操作及状态指示等功能。

PROFIBUS-DP用于现场设备级的高速数据传送，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。PROFIBUS-DP是一种高速、低成本通信，专门用于设备级控制系统与分散式I/ O的通信,使用PROFIBUS-DP可取代24V DC或4～20mA信号传输，不仅可节约大量信号传输电缆，更重要的是可以提高信息交互速率及可靠性，较传统现场数据信号采集方式而言，具有显著的优越性。

4、应用体会

Profibus－DP现场总线技术在自动化物流系统中的大量应用，不仅使员工从简单、重复的劳动中解脱出来，实现了对各种原料、辅料和成品使用情况的科学统计、分析和有效管理，而且有效提升了企业的自动化水平和竞争实力，将成为自动化物流系统控制领域的主流方向。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.046