一种基于Profinet总线的物料搬运系统及方法

本发明涉及物流分拣，具体为一种基于profinet总线的物料搬运系统及方法。

背景技术：

1、随着现代科技水平和电子商务的飞速发展，物流服务已经成为竞争的焦点。各种商品日渐趋向于小批量、多品种、准时制，因此如何快速准确的对包裹的分拣和搬运已成为物流服务行业的竞争着力点。随着自动化程度的不断提高，现有的物流服务已从传统的人工分拣和识别转变为机械自动化。其具有分拣速度快、准确率高、效率高和基本无人化操作的特点，由此实现了高度机械化、自动化和网络化，对提高整体生产效率、节约人力成本、提高经济效益发挥了重要作用。

2、1、当前现有的控制系统中，由于国内外大部分运动控制器均采用基于dsp和fpga的多轴运动控制卡方式，其控制器一般带有pci接口，集成于pc的pci插槽多台小车共用一个控制箱，因此现场布线非常杂乱，接线容易出现错误，从而导致系统维护困难，分拣效率和准确率低；

3、2、同时，现有的通讯方式还存在通讯实时性和响应性较弱，电气节点通讯距离短等问题，这些问题同样会影响到分拣效率和准确率，针对上述问题，发明人提出一种基于profinet总线的物料搬运系统及方法用于解决上述问题。

技术实现思路

1、为了解决控制系统的布线杂乱以及控制系统的通讯响应较弱、电气节点通讯距离短的问题；本发明的目的在于提供一种基于profinet总线的物料搬运系统及方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于profinet总线的物料搬运系统，包括主控pc、动态信息管理服务器、工业交换机、profinet总线、控制模块、数据采集模块、总线io模块、运动模块和安全模块，所述profinet接口可以实现控制器的简单网络化，与其它运行管理等级方便的进行数据交换，所述物料系统采用siemnes s7工业通讯网络中的工业以太网及profinet现场总线相结合的方式，组成两级控制网络拓扑结构，所述物料系统选用工业交换机作为profinet网络的唯一主站，构成单主站系统，所述其他模块均作为profinet网络从站，所述工业交换机通过profinet总线分别与控制模块和总线io模块连接。

3、优选地，所述控制模块包括主控pc通过profinet总线与工业交换机主站相连，实现分拣策略，所述控制模块包括主控制器西门子s7300系列plc，作为整个分拣系统的核心，通过与其它模块的信息交互，控制分拣带的起停运转，所述控制模块包括半/全自动上包台控制器s7200系列plc和小车控制器s7200系列plc，完成物料的上包和下包以及驱动小车电机的参数动作，所述控制模块包括急停s7300f系列plc，确认分拣系统发生严重故障可自动发出停机指令，实现电机的故障监测安全。

4、优选地，所述总线io模块用于传输用户输入的参数信息和控制信息，并且所述远程io模块避免了电压衰减的问题，降低了现场层系统的复杂性，所述工业交换机模块通过profinet总线与数据采集模块连接。

5、优选地，所述数据采集模块包括数据采集pc、人工扫描枪和自动条码扫描仪，所述profinet总线通过数据采集pc与人工扫描枪连接，实现物料半自动上包，所述profinet总线与自动条码扫描仪连接，实现物料全自动上包，所述工业交换机模块通过profinet总线和小车控制器plc与运动模块连接。

6、优选地，所述运动模块均包括变频器、伺服电机和用于驱动伺服电机的总线式伺服驱动器，所述profinet总线与v/f变频器直接连接，通过数字输出点控制变频器输出频率实现电机的速度控制。

7、优选地，所述总线式伺服驱动器与伺服电机连接，根据运动参数控制伺服电机进行作业，所述工业交换机模块通过profinet总线和急停plc与安全模块连接。

8、优选地，所述安全模块包括监控pc、et200m急停箱、分布式供电箱和分布式控制箱，所述et200m急停箱分别与急停按钮和分布式控制箱连接，在设备发生故障时，保证输送线快速停车并处于安全状态。

9、优选地，所述分布式供电箱分别与电源source a和电源source b连接，保证系统故障时电源的冗余特征。

10、优选地，所述整个物料搬运系统选用工业交换机作为profinet网络的唯一主站，构成单主站系统，所述其他模块均作为profinet网络从站。

11、一种基于profinet总线的物料搬运方法，包括以下步骤：

12、s1、主控制器plc发送上件请求，总线式伺服驱动器控制伺服电机进行作业；

13、s2、小车控制器通过profinet总线将旋转、角度、速度和位置参数反馈至主控器plc，主控制器通过profinet总线，与主控pc通讯，向其发送传送带速度信息、物料重量信息、物料远程落包信息、分拣格口信息，并在平台上与企业动态信息管理服务器进行快速安全的数据交换，并调用相关系统预设函数计算小车的到达上件区域的占位和时间参数，所述预设的函数为轨迹规划函数，根据轨迹规划函数获取小车的运动速率、运动步长和占位信息，与监控pc通讯，向其发送相关诊断数据并接受操作员的指令，从而获取小车的动作参数和上件方式；

14、s3、根据运动速率、运动步长和占位参数，主控制器获取到小车到达上件区域的占位参数和时间参数，并将上件区域内小车的相关信息传给上件控制器，主控plc与监控pc通讯，向其发送相关诊断数据并接受操作员的指令，从而获取小车的动作参数和上件方式；

15、s4、上件控制器判断上述信息，选择合适的小车进行上件，并将小车的车辆信息传给主控制器plc。主控制器plc将小车预设参数(包括预设的到达位置、时间、速度)发送给小车控制器，小车控制器收到相关数据后控制小车动作，必要时并接受小车的故障信息；

16、s5、当小车运行到上包台时，上包台主要是负责将邮件准确的投递到传送带的小车里，为实现投递邮件速度与小车速度的完美重合，需要主控制器提供传送带的速度信息；而且由于邮件包裹上包时只能选择空余的小车，为此需要主控制器提供传送带上那个小车的占位信息，对于半自动上包台来说，测量包裹的重量信息并传送给主控制器进行统计，并接收其手工扫描条码后所产生的邮件分拣信息，待邮件落包后将邮件信息写入数据库，相应的对于全自动上包台，主控制器通过profinet总线控制条码扫描仪进行扫描，条码扫描仪将获得的扫描数据通过主站传输给主控pc，主控pc与信息管理服务器进行数据查询交换后，自动分配ip地址和设备名称，将包裹的分拣格口、下包地址等相关信息发送给主控制器plc；

17、s6、主控制器plc接收到分拣格口和下包地址等相关信息后，将其写入小车控制器，小车控制器接受命令控制小车向下件格口方向作业；

18、s7、小车完成下件后，远程落包i/o和小车控制器将相关上件信息和下件信息发给主控制器，主控制器plc将信息发送给主控pc，后者将其录入企业动态信息管理库备份，远程落包i/o的信号主要包括小车控制信号和下件完成后的数据信号，进行外围信号采样后，通过profinet总线进行传输，无需额外的plc控制器，降低了成本，也提高了信号的稳定性和可靠性；

19、s8、监控pc用来显示整个系统的运作状态，并提供紧急停机、启动等简单的命令操作接口，这些主要给运行操作员使用，操作人员可以监视搬运的运行状况并可进行少量的人工干涉，系统在设备发生严重故障时，保证输送线快速停车并处于安全状态，并在程序界面可以通过图片的形式显示故障的位置和内容，为维修人员提供相关信息。防止输送设备重新启动，避免不安全事故发生，急停控制器plc将故障信息、时间日期等相关信息发给主控制器，主控制器plc再将信息发送给主控pc，后者将其录入企业动态信息管理库进行数据存储，以便清楚物料搬运系统一定时间内各个部件发生的故障数和故障率，方便后续的维修和系统改进。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

21、1、本发明通过选用profinet总线来连接系统的主站和从站模块，不仅仅可以兼容标准以太网来使用，即当成现场总线来连接plc和伺服驱动器，而且还可以当成标准的以太网来使用，作为连接传感器层、设备层、操作层和管理层的核心骨干网络，实现工业生产过程的监测、控制、管理与决策于一体的测控管一体化；

22、2、本发明选用红外通讯技术，相比较与目前所采用的蓝牙无线通讯，具有安装维修方便、成本低、保密性好、通讯高速可靠、故障诊断功能强等明显优势；第三，急停控制模块采用plc通过profinet网络与本地安装的急停i/o控制箱进行通信，profinet总线集成了profisale的行规，profisale消除了对独立安全网络的需要，并将工业网络架构简化为单一总线，profinet技术能满足诊断和报警信息的快速输出和故障的快速检测排除，实现了iec61508中规定的sil3等级的故障安全；第四，采用西门子s7-300系列的cpu 315-2pn/dp，当主控plc的用户程序要保留在ram中时，就会用到电池，电池通常是3v或3.6v的不可充电的锂电池，其使用寿命通常是五年左右，电池用久了，电压就会下降，当其下降到不足以保证ram中数据时，ram中的程序就会丢失，如果用户没有备份程序，就会相当麻烦。为解决此现象，采用企业动态信息管理服务器采用edi(电子数据交换)系统，作为整个系统的后台数据存储和管理系统，提高了信息传输的实时性和准确性，二者通过共享内存的方式进行交换。在完成上件下件后，主控制器plc将相关信息发送给主控pc，后者将其录入企业动态信息管理库备份，当受到网络攻击、电源故障或者操作失误等事故的发生后，可以完整、快速、简捷、可靠地恢复原有系统，在一定的范围内保障系统的正常运行。