PLC在工业智能柜中的应用

蔡志刚

（罗克韦尔自动化控制集成（上海）有限公司，上海，201201）

1 智能工业和物联网的介绍

工业化的基础是自动化，在近数十年里，自动化技术得到了迅猛地发展，自动化理论和实践也都已经趋于成熟和完善,在诸多领域里都得到了充分验证。现阶段的工业自动化，是网络通讯技术和人工智能的多元产物。DCS/PCS的理念是解决工业领域分布式，分散式并且集中管理。随着传感器、射频识别、WIFI、红外感应器、全球定位系统等硬件成本日益降低，智能工厂、智能家居、智能汽车等等无处不在，人们的生活已经逐步和智能产品融为一体。由此可见，物联网的时代对自动化工程师的能力和知识面提出了更高的需求，既需要全面的自动化电气理论和实践知识，也需要了解网络规划和资源配置。缺乏实战经验的工程师，有时候只能保证了生产的安全性，生搬硬套工艺流程和集成方案，浪费了人力也浪费了成本。

2 PLC在工业智能柜领域的应用

2.1 PLC与智能柜的介绍

PLC是可编程控制器的简称，能够连续运行在复杂的工业环境下，防干扰，防谐波，寿命长的一种电子装置。工程人员根据工艺要求编写逻辑，保存在存储器里，在其内部执行逻辑运算、算术运算等指令，通过开关量和模拟量输入输出，实现对外部机械的状态采集和自动化控制。PLC在工业领域有着广泛的优势，对技术人员编程能力要求不高，技术人员可以把更多的精力放在理解和改进生产工艺和流程上。国内常用的PLC主要包括罗克韦尔，西门子,施耐德,三菱电机,松下以及一些国产品牌,这些PLC在冶金、食品、化工、印刷生产线等领域都有应用。智能柜顾名思义不同于普通传统柜，传统柜子只是一个物品的物理存储单元，不具备管理和人机互动的属性。智能柜在普通柜子上增加了控制器和管理的属性，从而更便捷的与人互动，让传统柜子充满了生机和活力。

2.2 PLC控制器和输出部分

本案例PLC采用ABCompactlogix 1769-L33ER,该控制器在中小型自动化控制项目里得到了广泛应该，有如下特点：

（1）支持基于EtherNet/IP的集成运动控制。（2）新增适用于危险场合的特性（NSE版）。（3）内置储能模块，无需锂电池。（4）支持设备级环形（DLR）网络拓扑结构。（5）采用可拆卸式1 GB安全数字（SD）卡，提升数据完整性。（6）支持现有的1769 I/O输出部分采用3块1769-OB32，模块介绍：1）led指示输出状态，2）输出和总线与逻辑电路之间的光电隔离，3）晶体管输出模块采用源配置，4）高电流输出，5）输出为单端，6）电源电压为24VDC。

2.3 智能柜的金属构件

本案例智能柜整体采用不锈钢结构，共计68门，和传统丰巢快递柜非常相似。不同点每个门都安装透明有机玻璃，便于维护；最大不同点是控制系统和操作界面，丰巢快递柜采用专用的控制器和操作界面。每个门里放置一种规格样品电缆，电缆贴上唯一的条形码，门锁采用5VDC继电器锁，继电器得电时门能够自动弹开。

图1 智能柜整体外观图

2.4 人机界面部分

（1）触摸屏2711P-T10C22D介绍

1）使用Windows CE 6.0标准功能和彩色薄膜晶体管LCD、18位彩色图形。2）通过VNC连接，从远程位置监视应用项目。3）使用SD卡或USB闪存盘快速复制和恢复操作员界面。4）包括电子邮件和短信通知功能。5）包括512 MB内存和512 MB非易失性内存（大约 80 MB的可用用户内存）。

（2）人机界面主要分为四个交互界面

1）自动扫码页面，此页面是默认页面，使用扫描枪扫描工单条形码，内部程序自动比对后开启对应的样品电缆柜门。2）手动开门页面，此页面是手动开启每个门，用于维护校验样品电缆。3）报警设置页面，可以设置样品电缆校验周期和使用次数，如果两者之一超过限制，门将会自动锁住，需要专业人员用密码解锁。4）自定义样品电缆规格页面，每个门样品电缆可以对应1个或多个订单号，管理人员可以方便自定义和修改。5）报警页面，任何样品电缆超过使用周期或使用次数都会报警，并显示当前报警信息。

图2 扫码操作界面

2.5 FactoryTalkview集成的配方功能介绍和应用

配方是一组数字和字符串数据值（配料），可以下载到数据源的相关标记中，每个成分都有一个预先设置的数据值。配方中所有配料的数据值集合称为数据集，分配给配方中配料的数字和字符串标签集合称为标签集。配料、数据集和标签集一起存储在一个配方文件中。配方是柔性设计解决方案，可以用于制造食品和饮料，但它也可以用于任何应用程序。操作员可以编辑想要的显示，下载或保存多个工艺用到的参数。例如，配方经常被用于石化和制药工业，在制药行业里可以使用配方来设计柔性包装，创建配方，规定盒子里要放多少纸巾，或瓶子里要放多少毫升洗发水等等。FactoryTalk配方系统，允许客户为每个配方文件创建最多15000个配料、500个数据集、50个标记集和2500个单元。设计人员可以在开发时创建数据集，在运行时编辑它们并在运行时从标记值创建新的数据集。

本案例成功的使用了配方系统，操作员可以便捷的在线增加、编辑、删除每个门里电缆规格型号，增强了智能柜的使用弹性。

图3 配方交互界面

2.6 基于Web的人机界面

FactoryTalk ViewPoint是一个集成于FactoryTalk View的延伸功能，可以便捷的将触摸屏界面发布到FactoryTalk ViewPoint服务器上（也称为Web服务器），客户只要获取IP地址就可以从任何地点对流程进行监视和控制。部署Web应用的步骤为：在FactoryTalk View应用中选择画面，把它转换成在Web浏览器中可以观看的格式即可，FactoryTalk ViewPoint2.0进一步提升性能，具有WEB读写功能。

本案例工业智能柜也发布了WEB页面功能，管理者只要获取IP地址和登录密码，就可以远程查看样品电缆柜子状态、报警状态、下次需要校验时间及远程控制，大大增强了智能柜远程访问和管理的性能。

3 普通柜和智能柜操作流程及性能比较

3.1 普通柜操作流程

图4 普通柜操作流程

生产员工在领到订单后，需要根据订单号，从65种规格的样品电缆找到对应样品电缆。生产结束后，同样的方法再走一遍，需要找到对应的抽屉归还。不管是搜寻样品和归还样品，都需要花费大量的时间去识别和比对，如果样品电缆识别错误，会导致整个生产线产品报废，造成数万元不等的损失。同样对样品有效性校验上，也需要质量部门花费大量的时间去跟踪，质量部门需要手动记录每个样品电缆的初次校验时间和下次校验时间，浪费大量的管理时间。另外，某些样品电缆使用频率极高，导致出现故障概率比其他样品电缆要高，由于普通柜是很难统计使用频次数据，造成部分样品电缆过度使用造成质量隐患。

图5 智能柜操作流程

3.2 智能柜操作流程

所有样品电缆贴上条形码，做好唯一标识。员工拿到订单后，只需要用扫码枪扫描订单，智能柜自动识别订单后，并比对订单信息，然后自动开启抽屉门，员工轻松获取样品电缆。归还时，同样只需要简单扫描样品电缆上的条形码，门自动打开，如果有样品电缆没有及时归还，智能柜会报警提示，整个过程形成闭环。样品的校验周期，完全是PLC自动提醒校验日期，并额外增加了使用次数上限触发报警，有效的避免个别使用频繁的样品电缆造成的质量隐患。整个过程无需操作人员去记忆样品电缆位置和关注电缆是否在有效校验周期内，大大方便了一线操作员工，有效降低了员工犯错的概率。智能柜非常容易统计每根样品电缆使用频次，给后续质量分析和提前预防提供了依据。

3.3 性能比价

普通传统柜，只能做为单纯的物理存储单元，存放任何物品需要在柜门上做好详细的标识，否则寻找物品需要花费大量的人工。优点是造价便宜，操作员不需额外技能和培训，也不需要额外的供电。智能柜，除了可以作为物理存储单元外，增加了管理功能，其性能可以概括为方便操作员查找物品、管理物品有效性、远程访问物品状态等等。缺点是第一次投入费用高，需要专业的人员培训才能使用，需要额外供电。

4 结语

PLC在工业智能柜中的应用，大大提高了生产效率，减轻了操作人员作业强度，有效防止现场工作人员视觉疲劳导致的批量生产错误和质量下降。此方案的成功实施，给工业技术同仁提供了宝贵的借鉴思路，拓展了视野，进一步挖掘PLC应用的广度和深度。另外，也让广大自动化PLC爱好者，能够在现有的知识体系里不断创新，开发出更多人机结合的智能柜、智能产品，更好地服务工业领域。