一款基于SCADA系统的堆垛机新控制装置

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摘要：针对传统堆垛机使用中无法边操作边实时查看现场图像等不足，本文提出了一款基于SCADA系统的堆垛机新控制装置方案，并成功实施应用。

关键词：堆垛机、SCADA系统、控制装置

作者：李寅 张望兴 林梦涵 杨为金 庄增坤

（福建省三明金叶复烤有限公司）

引言
我司为满足烟叶均质化配方加工及成品的周转需求，生产线配套的原烟配方高架库采用5台国产单深单立柱堆垛机（型号FT15133），成品周转高架库采用6台国产双深双立柱堆垛机（型号DQB104），实现了加工物流一条龙，有效地利用立体空间，增加箱烟存储容量，从而节省了仓储成本，提高了货物流转速度，实现仓库物流信息管理和物流调度控制自动化。但在使用中发现原堆垛机控制系统仍不能完全满足使用需求，我司决定自行开发一款堆垛机控制装置。

一现状及问题分析

公司国产化的原烟配方高架库与成品周转库在使用过程中由于人员处理不当，均存在实际数据和系统数据不一致的情况，以致高架库出入库时，堆垛机出现空出、重入，取货信息不准确。

库内存放烟箱通常为纸质，容易因烟叶的蓬松程度或烟叶中的水分而变形，导致货叉顶到烟箱变形的位置造成烟箱出现偏移，不利于堆垛机取放烟箱，严重情况下还会造成烟箱从高处货位坠落。使设备运行存在安全隐患。

解决以上故障时，必须两个人员进入巷道内，一个人通过爬梯爬到高空载货台上指挥，另一个人在堆垛机主控柜上操作，此故障处理过程繁琐、耗时长，并且人员高空作业存在安全隐患。

二解决方案

1.技术方案选择

针对存在的问题，我们首先借鉴进口堆垛机有关设计，进口堆垛机主控柜上采用带2米通信电缆的移动操作屏（一屏可多处使用），若出现上述故障，仅需一人通过爬梯爬到高空载货台上，插上移动操作屏就可以操作。操作和安全方面都比国产堆垛机更可靠。两个国产高架库堆垛机与进口堆垛机对比见表1，若按进口堆垛机方案给每台国产堆垛机增加一个移动操作屏，两个高架库11台国产堆垛机改造总费用为3万元×11台＝33万元，改造费用较高，并且仍需一个人去现场高空操作。



经过研究，2021年我司决定自主开发一款基于SCADA系统的堆垛机新控制装置（以下简称“堆垛机新控制装置”），在平板电脑上应用。

2.设计思路

堆垛机新控制装置设计思路见图1。



堆垛机新控制装置模块功能需求见表2。



3.设计方案

堆垛机新控制装置设计方案见图2。



4.确定最佳方案

（1）摄像头选择

根据堆垛机载货台、货叉、货架托梁、货物底部之间的位置，要求监控距离在0.4～4米，且便于安装、取电，兼顾费用。综上所述摄像头选择见表3。



（2）信号传输设备选择

选择标准：视频信号传输稳定、清晰、不干扰原有堆垛机控制系统。

平板通过无线连接查看监控视频。

第一种有线连接，利用现有堆垛机网络传输摄像头视频信号时，由于网络拥堵，导致视频信号卡顿或造成堆垛机控制系统信号中断。

第二种无线路由连接，由于高架库的货架、堆垛机等主要设备都是金属材料，摄像头与安装立柱无线设备相连，传输摄像头视频信号时，信号被屏蔽或明显减弱，导致视频信号卡顿。

第三种无线网桥连接，摄像头与安装在载货台底部的无线网桥（摄像头端）有线连接，机架上对应位置的无线网桥（录像机端）有线连接到无线路由设备，新增了独立监控子网 ，保证监控视频流畅，同时不会影响堆垛机原控制网络。



三种视频信号传输如图3所示，经过对比，最佳方案选择无线网桥，新增独立监控子网。

（3）开发平台选择

开发平台选择标准：使用的开发平台语言已熟练掌握，且开发周期1个月以内。开发平台选择见表4，最终确定选择TeslaSCADA2。



（4）通讯协议选择

通讯协议选择标准：备选通讯协议见表5，以太网已逐渐替代DP，成为主流，通信协议最佳方案选择以太网协议。



（5）标签选择

控制标签方案如表6，举例：堆垛机通用控制系统定义信号A为前进按钮标签。原烟配方库堆垛机控制系统CPU1214C中定义信号B为前进按钮标签。成品周转库堆垛机控制系统CPU314C-2PN/DP中定义信号C为前进按钮标签。控制触摸屏定义的信号数据与所要控制的堆垛机控制系统中信号是一样的。



通用控制系统定义好信号不变，若要控制原烟配方库堆垛机只要把该控制系统CPU1214C中信号B与堆垛机通用控制系统信号A相关联就可以；若要控制成品周转库堆垛机，只要把该控制系统CPU314C-2PN/DP中信号C与堆垛机通用控制系统信号A相关联就可以。

（6）最佳方案

堆垛机新控制装置最佳方案见图4。



三具体实施

1.视频监控系统安装

摄像头、交换机、无线网桥参照图5网络拓扑图进行现场安装。步骤如下：



（1）在载货台左右两边各安装一个枪机摄像头，其安装中心与货叉中心处于同一平面。堆垛机载货台、货叉、货架托梁、货物底部之间位置视野清晰。

（2）摄像头与置底式安装在载货台底部的无线网桥（摄像头端）有线连接，对应机架上无线网桥（录像机端）有线连接到无线路由设备，新增独立监控子网。

（3）无线路由安装在堆垛机控制柜内。

上电调试，监控视频一切正常。效果如图6所示。



2.堆垛机通用控制系统开发

用TeslaSCADA2平台开发堆垛机通用控制系统。

（1）组态通讯协议设置

服务器名称：任意名称 ；

IP：192.168.56.4；

Controller type: S7-1200，如图7所示。



（2）定义通用控制系统的标签

定义通用控制系统的标签为DB400，例如建X停准标签：Xtingzhun_GM ; Datetype:Boolean; 定义通用控制系统的标签为DB400.DBX1.2，依次建立其它通用控制系统的标签，如图8所示。



（3）开发控制系统界面

依据操作人员使用习惯并结合原设备控制系统界面布局，开发新的控制系统界面如图9所示。



（4）标签关联设置

堆垛机控制系统与平板通用控制系统标签关联设置如图10所示。



（5）运行调试界面

平板上运行调试实际界面如图11所示。



（6）联合调试界面

监控视频系统与堆垛机通用控制系统联合调试界面中两功能布局各占平板屏幕50%。如图12所示。



（7）调试结果

进行监控视频系统与堆垛机通用控制系统各项功能进行调试、验收，均已实现，见表7。



四通用性验证

根据原烟配方库改造方案，同样应用于成品周转库，只需要完成视频监控系统硬件安装和堆垛机控制系统与平板通用控制系统标签相关联，如图13所示。





两个不同堆垛机控制系统共用一块平板操作，完成堆垛机通用控制系统开发。图14为2022年现场工作人员在堆垛机巷道安全位置，利用平板操作排除故障。

五技术创新与优势

1.技术创新点

（1）堆垛机新控制装置的控制面板为基于安卓平台的平板电脑。

（2）该装置具有可视化，监控货叉以及存放在高架库货位内的货物的底部，以使操作人员在地面安全位置通过控制面板控制货叉存取货物时可以直观地观察货叉的工作状态，当货物出现非正常的偏移时工作人员能够及时反应进行处置，防止发生安全事故。

（3）该装置可控制采用不同类型PLC的堆垛机，使基于SCADA系统的堆垛机控制装置具有良好的通用性。

2.优势

堆垛机新控制装置与进口堆垛机采用带2米通信电缆的移动操作屏对比见表8。



此次自主采用平板开发的基于SCADA系统的堆垛机新控制装置改造费用大约3万元，比11台直接应用进口移动操作屏改造节省30万元左右，降低购置设备的成本。

六结束语

该项技术已获实用新型专利授权，专利号：ZL 2021 2 0795828.6。

本实用新型涉及智能仓储技术领域，可在该领域堆垛机上推广使用。

参考文献:

[1]国产单深单立柱堆垛机（型号FT15133）使用说明书

[2]国产双深双立柱堆垛机（型号DQB104）使用说明书

[3]进口德国丹巴赫SR-U1200 单柱式使用说明书

[4] TeslaSCADA2帮助手册

[5]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].第4版.机械工业出版社, 2017.

[6]廖常初.S7-1200 PLC编程及应用[M].第4版.机械工业出版社, 2021.
编辑、排版：罗丹

本文源自《物流技术与应用》2023年05期

基金项目：为中国烟草总公司科技项目《基于微波法检测的箱内密度均匀性调控技术研究与应用》合同号：2022350000240057。本文版权归《物流技术与应用》所有，欢迎文末分享、点赞、在看！转载请联系后台。

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