十九大全国各行各业都在为实现“两个一百年”目标而努力。其中冷链仓储和配送等行业正努力向智能化发展, 提高产品的产量、保证产品的质量。现有国内冷库普遍布局不合理、自动化程度不高, 严重制约冷链行业的发展, 尤其是在乳制品行业和冷冻食品行业。

现有乳制品行业和冷冻食品行业的市场在不断扩大, 消费者的需求在不断增加, 但现有大多数冷库的现状是自控化和信息化程度低、基本是靠人工搬运和纸质记录信息, 产品质量和产量都无法保证。从行业发展的趋势来看, 冷链行业对于自动化仓库的需求潜力巨大, 企业发展一定会朝着自动化、信息化和智能化的方向发展。

该项目是国内某大型冷冻食品生产企业, 项目涉及仓储物流、制造业自动化、自动化生产线等领域, 主要包括箱式输送线、托盘输送线、智能物流设备、自动化立体仓库、多重冷库保温门控系统、智能监控和计算机管理监控系统等内容。

自动化立体库由企业信息接口、信息管理系统、设备监控调度系统、设备PLC控制系统、自动化物流设备系统和基础设备组成, 系统结构如图2所示。

自动化立体库调度系统和信息管理系统硬件结构采用客户机/服务器模式。输送机控制系统采用工业以太网PROFINET现场总线。堆垛机、穿梭小车与输送机控制设备通过无线以太网进行通讯, 手持终端通过无线以太网与管理系统进行通讯, 系统硬件结构如图3所示。

图1 立体仓库外观   下载原图

其中计算机管理及调度监控系统硬件由数据服务器、管理工作站、监控工作站、入出库工作站、无线基站、无线手持终端以及网络交换机等设备构成。控制系统由堆垛机控制器、输送机控制器、穿梭车控制器以及PROFINET总线控制网络、检测系统等组成。

自动化立体冷库控制系统的总体设计思路为“集中管理、分散控制、减少人工干预和易于维护升级”。控制层通过网络可向车间管理层上传在线设备状态、工艺数据和管理层需要的数据。车间管理层通过网络可向控制层下发物流调度信息和控制层需要的信息。

堆垛机控制系统设计是根据客户的要求——降低成本, 要求每台堆垛机负责两个巷道的出入库, 堆垛机通过弯道的方式在两个巷道内往复运动, 与各个出入库站台输送机进行交接, 完成货物的入出库作业, 如此, 在有限的空间设计出可以尽可能多的货架, 提高冷库的利用率。

针对冷库的环境特点, 一般都在-18℃左右, 因此堆垛机控制系统中的控制器、传感器、电气元件和电缆等, 都做了防护措施或直接选用耐低温的产品。

输送线控制系统设计是根据控制系统的要求和项目的特点, 采用西门子公司最新的总线PROFINET网络, PROFINET网络控制是当前自动化领域最前沿的网络控制, PROFINET技术是未来自动化总线技术发展的趋势。

PROFINET网络系统具备以下特点:

(1) 支持控制层设备直接和车间管理层通讯;

(2) 支持星形、总线形和环形等网络拓扑结构;

(3) 布线灵活, 降低施工难度、节约施工成本;

(4) 系统可靠性高, 保证控制层设备稳定运行。

输送线控制系统选用CPU 317 2PN/DP作为主站和7个PROFINET子站, 组成PROFINET I/O网络系统, 实现一种允许所有站随时访问网络的交换技术。这样可以实现多个节点的并行数据的发送和接受, 充分发挥数据信息传递的高效性, 使网络数据信息传递的利用率达到最大化。同时主站CPU 3172PN/DP还具备TCP/IP协议下的Ethernet通信网络, 这便于与堆垛机、智能小车和监控系统等进行通讯。具体配置如图4所示。

1) 每台堆垛机负责两个巷道的出入库作业, 大大降低了投资成本。

图3 系统硬件结构示意图   下载原图

图2 系统结构示意图   下载原图

图4 冷库输送系统硬件配置图   下载原图

2) 库端输送系统应用西门子最新的通信协议PROFINET, 采用星型拓扑结构, 提高了系统的稳定性, 同时应用PROFINET I/O的优先级功能保证通信功能和确定性, 传输速率到达100Mbit/s。

3) 选用了大批应用于低温工作条件的传感器, 如条码定位系统、信息识别系统和以太网通信系统, 它们的使用保证了电气控制系统的稳定运行。

4) 控制系统的控制柜都做了保温处理, 通过温控器自动控制温度, 保证柜内温度保持在零上5℃~10℃之间。