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1、多路径可配置大型货物输送线控制系统设计摘要：设计了适用于大型货物处理的多工位组装、多路径输送控制系统。系统可自动跟踪保持在不同路径上输送的货物与货物信息的同步。系统采用计算机与 PLC 构成的两级硬件架构。PLC控制软件采用管道过滤器模式软件架构。为适应控制系统实时多任务的要求和方便系统分解和实现，对管道过滤器架构底层做了面向对象的改造。过滤器中的输送机控制模块按照面向对象方法分析设计。设计了用于分发来自计算机的输送指令信息到输送机控制模块的过滤器作为软件的调度中心。输送指令信息以消息方式在各个模块间传递。实现了一台 PLC 对 22 台输送机的独立又相互协助的控制。PLC 软件架构可在类似分
2、布式柔性输送系统控制软件开发中重用。关键词：可配置多路径输送；输送系统；控制系统；可编程控制器；软件架构Control System for Path-Configurable Transportation Line for Large Cargo HandlingAbstract: A control system for path-configurable transportation and multi-site assembly line for large cargo handling was developed. The system can maintain the inform
3、ation of the cargos synchronized with the cargos transported in different paths. Generic PC/PLC-based two-layered hardware architecture was adopted in the system. The PLC control software employed pipe and filter model as its architecture. The pipe and filter model was adapted at its sub layer accor
4、ding to object-oriented method to meet the need of real time multitask control. The filters which are used to control the conveyors were designed as objects. One filter, which is the control center of the filters, was designed to dispatch the commands and information to the control objects. The comm
5、ands and information were transferred between the control objects by messages. The system employed one PLC to control a group of conveyors, which were working independently and concurrently. The adapted architecture can be reused as a framework of control software for distributed flexible transport.
6、Key words: Path-configurable transporting; Material Handling; Control system; PLC; Software architecture0 引言航 空 货 运 集 散 中 心 航 空 货 站 的 出 港 货物 处 理 流 程 是 ： 散 装 货 物 收 取 、 散 货 暂 存 、 散 货组 装 到 集 装 器 、 集 装 器 暂 存 到 立 体 仓 库 、 集 装 器出 库 （ 登 机 ） 。 为 提 高 运 行 效 率 ， 大 型 航 空 货 站提 出 了 对 大 型 货 物 多 工 位 处 理 多 路 径 输 送 系
7、统 的需 求 。航 空 货 站 的 货 物 输 送 及 处 理 工 艺 有 五 特 性 。特 性 一 ， 其 输 送 的 对 象 是 航 空 集 装 器 ， 从 其 体 积和 重 量 上 看 属 于 大 型 货 物 。 特 性 二 ， 航 空 货 运 物流 处 理 中 ， 同 一 个 集 装 器 货 物 可 能 需 要 在 不 同 地点 （ 工 位 上 ） 多 次 组 装 ， 这 提 出 了 输 送 系 统 多 工位 的 要 求 。 特 性 三 ， 由 于 航 空 货 物 装 机 配 载 的 要求 以 及 航 空 货 物 批 量 小 、 品 种 多 的 特 点 ， 每 个 集装 器 的 装 载
8、 操 作 流 程 经 过 的 工 位 是 不 同 的 ， 提 出了 输 送 路 径 可 随 时 变 化 的 要 求 ， 即 多 路 径 要 求 。特 性 四 ， 多 个 集 装 器 在 不 同 工 位 上 同 时 组 装 、 处理 ， 要 求 控 制 系 统 具 有 多 任 务 并 发 处 理 功 能 。 特性 五 ， 要 求 对 输 送 货 物 的 信 息 进 行 实 时 跟 踪 。由 于 以 上 特 性 ， 在 航 空 货 站 的 物 流 执 行 系 统中 ， 用 一 般 的 输 送 机 和 顺 序 控 制 方 法 难 以 实 现 对物 流 的 有 效 控 制 。 机 械 方 面 ， 输
9、送 机 为 辊 道 台 输送 方 式 ， 输 送 系 统 由 多 个 可 独 立 工 作 的 输 送 机 排列 形 成 输 送 机 组 。 物 流 执 行 系 统 的 控 制 软 件 是 实现 多 工 位 处 理 多 路 径 输 送 等 要 求 的 关 键 。文 献 1中 设 计 的 柔 性 物 流 输 送 系 统 输 送 线为 环 形 ， 通 过 托 盘 上 编 码 信 息 识 别 工 件 。 文 献2中 涉 及 的 生 产 原 料 输 送 系 统 输 送 的 货 物 类 型单 一 。 两 个 系 统 都 没 有 多 工 位 处 理 多 路 径 输 送 要求 ， 也 不 需 要 信 息 跟
10、踪 。 文 献 2以 及 其 他 一 些文 献 提 出 了 把 面 向 对 象 的 软 件 技 术 应 用 到 复 杂PLC 控 制 软 件 的 开 发 。 但 单 纯 的 面 向 对 象 开 发方 法 已 经 不 能 适 应 本 系 统 的 特 性 需 求 。 软 件 发 展的 新 技 术 在 PLC 控 制 软 件 开 发 中 应 用 一 般 较 晚3。 软 件 架 构 即 软 件 体 系 结 构 技 术 和 面 向 对 象技 术 在 PLC 软 件 开 发 中 应 用 同 样 较 少 见 。 本 文把 软 件 架 构 技 术 引 入 PLC 软 件 开 发 ， 以 期 为 该领 域 开
11、发 提 供 一 个 范 例 。 正 如 文 献 4中 所 述“为 工 业 软 件 设 计 体 系 结 构 时 ， 必 须 将 纯 的 体 系结 构 风 格 改 造 成 专 用 风 格 来 满 足 特 定 领 域 的 需 求 ”， 本 系 统 应 用 了 管 道 过 滤 器 架 构 4， 并 对 其 做了 局 部 的 面 向 对 象 的 改 造 。 本 设 计 在 系 统 底 层 对象 的 分 析 与 设 计 方 面 本 文 与 文 献 3和 5相 似 ，但 文 献 3、 5在 系 统 架 构 方 面 关 注 较 少 ， 本 文提 出 了 更 高 层 次 上 的 软 件 架 构 的 设 计 ，
12、提 供 了 更多 实 现 细 节 。1 输送线及其设备布局图 1 为 一 输 送 机 组 平 面 布 置 图 。 在 大 中 型 航空 货 站 中 配 置 类 似 的 输 送 机 组 3 到 6 组 。 货 物在 可 升 降 双 向 输 送 机 上 组 装 到 集 装 器 ， 然 后 输 送到 集 装 货 物 立 体 仓 库 区 。 空 的 或 需 要 重 新 组 装 的集 装 器 也 可 能 需 要 从 立 体 仓 库 区 反 向 输 送 到 集 装器 组 装 区 。 图 示 输 送 机 组 共 有 4 种 类 型 22 台输 送 机 。 图 中 的 8 台 可 升 降 双 向 输 送 机
13、设 计 为集 装 器 组 装 以 及 称 重 、 打 标 签 和 录 入 货 物 信 息 的操 作 工 位 。 输 送 机 D2A、 D5A 与 立 体 仓 库 堆 垛机 接 口 。 输 送 电 机 采 用 变 频 器 驱 动 。集装器组装区集装货物立体仓库区图例 ：可升降双向输送机四向输送机双向输送机可旋转四向输送机D 2 1A9876543211 2 3 4 5 xyD 3 2D 2 3D 2 5D 2 AD 5 9D 2 9D 2 7D 5 A图 1 输送机组配置示意图2 控制系统总体规划控 制 系 统 由 监 控 计 算 机 和 PLC 两 级 组 成 。输 送 机 组 分 为 手 动
14、 、 半 自 动 、 联 机 自 动 3 种 工作 模 式 。 手 动 和 半 自 动 模 式 下 由 PLC 单 独 控 制输 送 机 组 。 联 机 自 动 模 式 下 监 控 计 算 机 和 PLC协 作 完 成 输 送 机 组 控 制 。手 动 模 式 下 提 供 单 台 设 备 的 单 一 动 作 操 作 功能 。 半 自 动 操 作 模 式 下 ， 操 作 员 通 过 触 摸 屏 操 作输 入 相 关 信 息 ， 当 操 作 员 选 取 目 标 地 址 后 ，PLC 控 制 系 统 自 动 把 货 物 输 送 到 目 标 地 址 。 由于 PLC 资 源 有 限 ， 半 自 动 模
15、 式 下 不 考 虑 多 个 货物 同 时 输 送 时 可 能 产 生 的 路 径 冲 突 问 题 。联 机 自 动 模 式 下 ， PLC 与 监 控 调 度 上 位 机联 网 ， PLC 按 照 上 位 机 发 来 的 指 令 执 行 输 送 动作 ， 并 向 监 控 计 算 机 报 告 输 送 机 输 送 执 行 情 况 。路 径 冲 突 问 题 由 上 位 机 调 度 解 决 。 为 了 便 于 维 护和 减 少 故 障 输 送 机 对 整 个 机 组 的 影 响 ， 采 取 了 工作 模 式 的 分 组 控 制 策 略 。 邻 近 的 几 个 输 送 机 构 成一 个 工 作 小 组
16、 。对 于 如 图 1 示 的 一 组 输 送 机 组 的 控 制 ， 采 用一 台 PLC 为 主 控 制 器 。 主 控 制 器 通 过 现 场 总 线与 分 组 控 制 柜 中 的 远 程 IO 模 块 通 信 。 并 通 过 工业 以 太 网 交 换 机 与 工 位 旁 的 8 台 触 摸 屏 以 及 监控 调 度 计 算 机 通 信 。3 PLC 控制软件设计主 要 介 绍 PLC 控 制 软 件 设 计 。3.1 货物信息跟踪设计本 系 统 中 ， 由 于 每 个 被 输 送 的 货 物 的 批 次 信息 不 同 ， 以 及 处 理 过 程 的 多 工 位 、 多 路 径 特 点 ，需 要 实 时 跟 踪 保 持 实 际 货 物 流 和 信 息 流 的 同 步 。以 便 输 送 控 制 系 统 做 出 相 应 的 处 理 ， 或 用 于 校 验 ，或 提 交 管 理 信 息 系 统 处 理 。 跟 踪 传 输 的 信 息 包 括货 物 自 身 和
