ОткрепитьЗакрепитьЗакрыть
 © Beckhoff
© Beckhoff

23 сент. 2021 г.

Управление на базе ПК и EtherCAT для автоматизации складской логистики

Открытое решение по управлению упрощает обмен данными внутри системы

В новом автоматизированном испытательном многоярусном складе для компании Kunming Shipbuilding Equipment специализированной компании KSEC Intelligent Technology удалось повысить эффективность системы и обеспечить соответствие требованиям «умного» производства. Использование открытой и компактной технологии управления от Beckhoff оказало существенное содействие в достижении этого успеха.

Компания KSEC Intelligent Technology Co., Ltd. (KSEC Intelligent) является частью Kunming Shipbuilding Equipment Co., Ltd., дочерней компании Китайской государственной судостроительной корпорации (CSSC). В компании, общая стоимость активов которой составляет 3 миллиарда юаней (RMB), работает более 1800 сотрудников, в том числе 1000 дипломированных технических инженеров. К основным направлениям деятельности относится проектирование, разработка и интеграция систем автоматизации для складской логистики и электронной коммерции. Как ведущий поставщик логистических решений в Китае, KSEC Intelligent полагается на технологию Beckhoff для разработки различных систем и установок, таких как башмачные сортеры, поперечные ленточные сортеры, многоярусные транспортные тележки, автоматически управляемые тележки AGV и многое другое.

Монтируемый на DIN-рейку Embedded PC CX2020 выполняет роль логического контроллера и сервера обмена данными; он также поддерживает локальную эксплуатацию и удаленное техническое обслуживание.
Монтируемый на DIN-рейку Embedded PC CX2020 выполняет роль логического контроллера и сервера обмена данными; он также поддерживает локальную эксплуатацию и удаленное техническое обслуживание.

Когда компания KSEC взялась за проект создания автоматизированного многоярусного склада, то она решила также использовать его в качестве испытательной площадки. Новый складской и распределительный центр был необходим для хранения и распределения компонентов и деталей для последующей сборки на производственных участках. Целью являлось повышение эффективности управления информационными потоками и перемещением материалов, а также испытание высокоскоростной и высокопроизводительной системы штабелирования. После всесторонней оценки KSEC Intelligent выбрала Beckhoff в качестве основного поставщика компонентов управления, чтобы расширить портфель собственных продуктов управления, иметь возможность тестировать высокоуровневые языки программирования и в полной мере использовать производительность технологии управления на базе ПК.

Системная архитектура и функции управления

В итоговой конфигурации сервер баз данных и сервер планирования расположены в верхнем уровне архитектуры системы, управляя технологическими данными, взаимодействием с MES/ERP-системой и распределением запланированных задач. Локальный ПЛК, штабелер и другие системы находятся на одном уровне управления. Модули для взвешивания, роликовые конвейеры, система распознавания двухмерного кода, система оптического контроля и терминалы операторов служат подсистемами локального ПЛК.

Функции системы включают управление процессами хранения и поиска, запрос материалов, управление запасами и прочим. Для хранения поступающих материалов вильчатые погрузчики перемещает паллеты (коробки) ко входу на склад и помещают их на конвейерную систему, управляемую посредством ПЛК. Когда роликовый конвейер перемещает эти материалы, система считывает содержащий информацию о продукте на паллете двухмерный код, который контроллер направляет в адрес последующих секций системы. Далее паллеты перемещают в зону оптического контроля для проверки их внешнего вида и размера, а затем в зависимости от размера направляют по различным роликовым конвейерам. После этого паллеты взвешивают на платформенных весах. Данные о размере и весе добавляются к информации о паллете, а на основе этой информации система размещения выбирает подходящую полку для хранения данных паллет.

Открытая технология управления на базе ПК упрощает обмен данными

В то время как логическое управление роликовым конвейером отличается относительной простотой, обмен данными между складским оборудованием и высокоуровневыми системами характеризуется большей сложностью. Это создает проблемы, например, при обеспечении стабильного и надежного обмена данными между всеми системами и быстрого восстановления данных в случае отказа системы. По сравнению с обычными контроллерами ПЛК Embedded PC CX2020 берет на себя все эти задачи и устраняет необходимость использования дополнительных ПК.

Использование компонентов ввода/вывода высокой плотности подключения снижает затраты на аппаратное обеспечение и требуемое пространство в шкафах управления.
Использование компонентов ввода/вывода высокой плотности подключения снижает затраты на аппаратное обеспечение и требуемое пространство в шкафах управления.

По данным KSEC Intelligent, по сравнению с традиционными решениями технология управления на базе ПК от Beckhoff предлагает ряд преимуществ с точки зрения возможности подключения и взаимодействия устройств в сети, а также высокой скорости и точности управлениям установками. Открытость системы управления на базе ПК упрощает обмен данными в этом проекте. Таким образом обмен данными со штабелерами реализуется по протоколу PROFINET, поддерживаемому локальным ПЛК; обмен данными со считывателем 2D-кода основан на Modbus TCP, а связь по протоколу UDP с системой оптического контроля – посредством TCP/IP. Кроме того, для хранения всей важной информации о весе, внешнем виде и размере контроллер может обмениваться данными напрямую с базой данных с помощью TwinCAT Database Server. Сочетание Embedded PC и панели управления CP2912 от Beckhoff создает компактный блок управления, интегрированный в шкаф управления, что делает ненужными отдельные панели оператора.

Более того, широкие возможности подключения технологии управления на базе ПК также находят свое отражение в поддержке обмена данных в сетях VPN. Технический центр заказчика расположен в черте города, а склад находится на территории индустриального парка в 10 км. Если возникает проблема с установкой или устройством, то заказчик может удаленно войти под своим логином в систему управления, что упрощает руководство оператором на месте для устранения неполадок.

Компактные модули ввода/вывода помогает снизить затраты на оборудование

Конкуренция на логистическом рынке сейчас очень жесткая, поэтому сокращение затрат крайне важно. Использование 16-канальных модулей ввода/вывода высокой плотности подключения от Beckhoff позволило снизить общие затраты на оборудование примерно на 30% по сравнению с ранее используемыми нами системами», рассказывает инженер Ян, ответственное лицо за разработку электрического управления в данном проекте.

Конфигурация системы включает пять платформенных весов, которые соединены с модулем контроллера/устройств EL6631 PROFINET RT по EtherCAT. «Конфигурация EtherCAT-модулей шлюза от Beckhoff отличается гибкостью и удобством. Модули шлюза других поставщиков, которые я использовал ранее, требовали конфигурации с помощью автономных программных приложений, а конфигурацию шлюзов EtherCAT можно легко и последовательно выполнить посредством ПО TwinCAT», говорит Лиюань Фэн, инженер компании KSEC, ответственный за отладку проекта.

Простое подключение платформенных весов с помощью EtherCAT-модулей шлюза – в виде узла PROFINET – к системе управления.
Простое подключение платформенных весов с помощью EtherCAT-модулей шлюза – в виде узла PROFINET – к системе управления.

Эффективная разработка снижает время реализации

Программные и аппаратные компоненты Beckhoff можно реализовать и отладить по отдельности. Инженерам по программному обеспечению, пишущим и выполняющим отладку программного обеспечения, не требуется знать соответствующее аппаратное обеспечение. Инженеры по аппаратному обеспечению должны только связать переменные точки с фактическими точками оборудования согласно требованиям таблицы точек. Специализированное разделение труда позволяет инженерам сосредотачиваться на оптимизации системы; программное и аппаратное обеспечение можно реализовать одновременно, а затем объединить для совместной отладки, чтобы сократить время реализации проекта. Если канал аппаратного обеспечения неисправен, то инженерам по аппаратному обеспечению требуется только разорвать текущие связи переменных и переадресовать их в другой канал без необходимости изменения исходного кода.

Режим моделирования программы является еще одним преимуществом ПО TwinCAT. «После завершения разработки нашего программного обеспечения, отладка встроенного моделирования выполнялась при использовании инструмента TIMMS VCCS. Компания Beckhoff обеспечила хорошую поддержку моделирования: после установки TwinCAT мой ПК превратился в высокопроизводительный контроллер, а я смог легко найти ошибки в моих программах», объясняет инженер Лиюань Фэн. TwinCAT поддерживает все языки программирования IEC 61131-3, которые можно комбинировать в одном проекте. Интуитивно понятная и прозрачная логика программирования на языке лестничных диаграмм (LD) применяется для управления. Программирование на языке структурированного текста (ST) используется для обмена данными по Modbus TCP, отладки протокола UDP и реализации алгоритма вычислений.

Перспективы

Благодаря развитию концепций «Умное предприятие» и Industrie 4.0, автоматизация логистики в будущем будет в большей степени зависеть от интеллектуальной обработки данных и цифровизации. Согласно KSEC Intelligent, традиционное управление ПЛК в виде «черного ящика» не может обеспечить новые необходимые функции. Однако, технология управления на базе ПК изначально прекрасно подходит для интеграции технологий автоматизации, технологий интеллектуальной обработки, а также хранения, отображения и передачи данных в одну платформу. «В этом проекте мы увидели большой потенциал управления на базе ПК», резюмирует инженер Ян. «В следующем проекте мы рассмотрим возможность использования более высокопроизводительных систем управления на базе ПК от Beckhoff для замены существующей серверной системы, чтобы сэкономить на расходах на два сервера».