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【摘 要】本文以自动化物流系统为例，着重介绍PROFIBUS工业现场总线技术，阐述在物流系统中，利用总线技术进行系统设计及组态，通过模块化控制程序实现了对穿梭车的调度控制，提高了系统可靠性。
【关键词】自动化物流系统 PROFIBUS工业现场总线 穿梭车
一、前言
近年来，物流系统在烟草、金融、酒业、医药、食品、军队等领域的应用日益广泛，相关物流装备趋于多元化，其技术性能和水平不断提高。穿梭车（RGV）是一种用于自动化物流系统中的智能型轨道导引搬运设备，在电控系统控制下，通过编码器、认址片、激光测距等方式精确定位于各个输入、输出工位，接收物料后进行往复穿梭运输，将物流系统的单元物料进行高速、高效的平面自动输送，具有高度的自动化和灵活性。因此，穿梭车在自动化物流系统中得到广泛应用。
本项目的物流系统为西门子（SIEMENS）公司的S7 400，而穿梭车的控制系统为S7 300，为实现对穿梭车高效可靠地控制和无缝结合，本文采用比较成熟的PROFIBUS工业现场总线技术对穿梭车进行组态，实现对穿梭车的调度控制。
二、基本介绍
PROFIBUS是Process Fieldbus的缩写，是面向工厂自动化和流程自动化的一种国际性的现场总线标准。它已被广泛应用于制造业自动化（汽车制造、装瓶系统、仓库系统）、过程自动化（石油化工、造纸和纺织品工业企业）、楼宇自动化（供热空调系统）、交通管理自动化、电子工业和电力输送等行业。在可编程控制器、传感器、执行器、低压电器开关等设备之间传输数据信息，承担控制网络的各項任务。PROFIBUS中包含有PROFIBUS—DP、PROFIBUS—FMS、PROFIBUS---PA三个子集，以满足工厂网络中的多种应用需要。
PROFIBUS—DP主要是面向工厂现场层应用的。DP主要用于完成包括可编程控制器、自动控制设备、传感器、执行器间的快速可靠的通信任务。其网络的传输速度可达12Mb/s，可建成单主站或多主站系统。截止到目前，DP的应用占整个PROFIBUS的80%，代表了PROFIBUS的技术精华和特点，因而有时也会把PROFIBUS—DP泛指为PROFIBUS。由于本项目设计主要针对的是工厂现场层应用，可编程控制器、自动控制设备、传感器、执行器间的通信与数据交换任务，所以在项目设计中选用PROFIBUS—DP现场总线技术。
三、物流系统网络拓扑图及描述
该系统包括分布式I/O站、变频器、穿梭车、条码识别器等，是典型的集散控制系统，同时又包括大量数据的实时动态交互。采用PROFIBUS工业现场总线和PROFINET工业以太网网络控制架构来组态系统，使用PLC控制系统控制这些设备自动柔性运行，PROFIBUS和PROFINET的技术性能很好地满足了这些要求。本系统根据各片区作业模式和排产时间的不同，按照片区功能划分控制系统，控制网络跨度小、结构简单，易于部署和维护，可实现更高的总线速率和更短的系统响应时间。 网络拓扑如图1所示。
四、物流系统硬件组态
该物流系统现场分布式I/O采用具有PROFINET接口的phoenix网关模块，用于采集现场的传感器信号（如光电开关、接近开关、限位开关等）和按钮指示灯信号等，每个分布式I/O站带有两个PROFINET以太网接口。部分电机驱动采用DANFOSS FCD320型号的变频器，每个变频器带有两个PROFINET以太网接口，支持PROFINET总线的级联方式。穿梭车与物流系统通过PROFIBUS总线进行硬件组态，物流系统的PLC为主站，穿梭车的PLC为从站，在调用从站的过程中，根据物料输送信息实现对穿梭车的有效控制。
物流系统通过PROFIBUS现场总线控制穿梭车时分两种情况进行硬件组态，一种通过穿梭车PLC自带的DP口组态硬件，另一种为通过穿梭车的CP342-5 DP卡组态硬件，从而实现对穿梭车的控制。物流系统将穿梭车的RACK、PS、PLC和CP342-5卡按规格型号配完后，在PLC主站组态界面的目录栏中，找到PROFIBUS DP文件夹下面的调用文件，加载到PROFIBUS DP总线上，双击加载的图标按钮，进入到地址配置界面，进行输入输出地址的配置，配置的物理地址必须与穿梭车的物理地址相一致，地址配置界面如图2所示。
如果物流系统是与穿梭车的CP342-5卡相连，则在PLC主站配置界面的目录栏中，找到PROFIBUS DP文件夹下面的调用文件，加载到PROFIBUS DP总线后，在模块的配置栏中双击，弹出图3所示界面，修改相应的I/O起始地址和字节长度，使其物理地址与穿梭车的相一致，并将调用穿梭车的DP地址进行更改，即完成对穿梭车的组态。
五、物流系统对穿梭车的软件控制
物流系统在对穿梭车进行控制的过程中，通过调用西门子（SIEMENS）公司的系统功能块SFC14、SFC15或SFC20，读取穿梭车的信息和发控制信息给穿梭车。当送货站台有物料时，物流系统发该站台有物料的信息给穿梭车，穿梭车接收到信息后，迅速运行到该站台位置，具备条件后，物流系统和穿梭车的输送设备开始运行，物流系统控制物料到达穿梭车的预定位置，穿梭车返回物料到位的信息，物流系统的输送设备停止运行，同时将物料信息传递给穿梭车，穿梭车完成接货工作。穿梭车送货时，根据车上的物料目标信息运行到目标站台，在物流系统的配合下将物料和物料信息传递给目标站台，穿梭车完成送货工作，依次循环。当接口站台处于空闲状态时，穿梭车处于实时响应状态，一旦有接货任务，穿梭车立即运行执行相应的动作。物流系统与穿梭车调用程序如图4所示。
如果物流系统和穿梭车的接口站台数量较多时，可能出现某些站台长时间处于等待状态，导致无法实时将物料进行传递。为避免这种情况的发生，采用堆栈技术编写相应的控制程序，将物料到达接口站台的先后顺序进行压栈，然后按先进先出的原则出栈，解决了上述问题。
六、结束语
本文介绍了PROFIBUS工业现场总线以及物流系统的设计及组态，重点描述了采用PROFIBUS总线对穿梭车组态硬件，并通过编写模块化控制程序对穿梭车进行调度控制。本项目成功实现了PLC控制系统与现场总线技术的结合，保证了穿梭车输送物流与信息流的同步运行，实现了系统高速实时通信的目的，增强了系统的稳定性，安全性和实时性。
【关键词】自动化物流系统 PROFIBUS工业现场总线 穿梭车
一、前言
近年来，物流系统在烟草、金融、酒业、医药、食品、军队等领域的应用日益广泛，相关物流装备趋于多元化，其技术性能和水平不断提高。穿梭车（RGV）是一种用于自动化物流系统中的智能型轨道导引搬运设备，在电控系统控制下，通过编码器、认址片、激光测距等方式精确定位于各个输入、输出工位，接收物料后进行往复穿梭运输，将物流系统的单元物料进行高速、高效的平面自动输送，具有高度的自动化和灵活性。因此，穿梭车在自动化物流系统中得到广泛应用。
本项目的物流系统为西门子（SIEMENS）公司的S7 400，而穿梭车的控制系统为S7 300，为实现对穿梭车高效可靠地控制和无缝结合，本文采用比较成熟的PROFIBUS工业现场总线技术对穿梭车进行组态，实现对穿梭车的调度控制。
二、基本介绍
PROFIBUS是Process Fieldbus的缩写，是面向工厂自动化和流程自动化的一种国际性的现场总线标准。它已被广泛应用于制造业自动化（汽车制造、装瓶系统、仓库系统）、过程自动化（石油化工、造纸和纺织品工业企业）、楼宇自动化（供热空调系统）、交通管理自动化、电子工业和电力输送等行业。在可编程控制器、传感器、执行器、低压电器开关等设备之间传输数据信息，承担控制网络的各項任务。PROFIBUS中包含有PROFIBUS—DP、PROFIBUS—FMS、PROFIBUS---PA三个子集，以满足工厂网络中的多种应用需要。
PROFIBUS—DP主要是面向工厂现场层应用的。DP主要用于完成包括可编程控制器、自动控制设备、传感器、执行器间的快速可靠的通信任务。其网络的传输速度可达12Mb/s，可建成单主站或多主站系统。截止到目前，DP的应用占整个PROFIBUS的80%，代表了PROFIBUS的技术精华和特点，因而有时也会把PROFIBUS—DP泛指为PROFIBUS。由于本项目设计主要针对的是工厂现场层应用，可编程控制器、自动控制设备、传感器、执行器间的通信与数据交换任务，所以在项目设计中选用PROFIBUS—DP现场总线技术。
三、物流系统网络拓扑图及描述
该系统包括分布式I/O站、变频器、穿梭车、条码识别器等，是典型的集散控制系统，同时又包括大量数据的实时动态交互。采用PROFIBUS工业现场总线和PROFINET工业以太网网络控制架构来组态系统，使用PLC控制系统控制这些设备自动柔性运行，PROFIBUS和PROFINET的技术性能很好地满足了这些要求。本系统根据各片区作业模式和排产时间的不同，按照片区功能划分控制系统，控制网络跨度小、结构简单，易于部署和维护，可实现更高的总线速率和更短的系统响应时间。 网络拓扑如图1所示。
四、物流系统硬件组态
该物流系统现场分布式I/O采用具有PROFINET接口的phoenix网关模块，用于采集现场的传感器信号（如光电开关、接近开关、限位开关等）和按钮指示灯信号等，每个分布式I/O站带有两个PROFINET以太网接口。部分电机驱动采用DANFOSS FCD320型号的变频器，每个变频器带有两个PROFINET以太网接口，支持PROFINET总线的级联方式。穿梭车与物流系统通过PROFIBUS总线进行硬件组态，物流系统的PLC为主站，穿梭车的PLC为从站，在调用从站的过程中，根据物料输送信息实现对穿梭车的有效控制。
物流系统通过PROFIBUS现场总线控制穿梭车时分两种情况进行硬件组态，一种通过穿梭车PLC自带的DP口组态硬件，另一种为通过穿梭车的CP342-5 DP卡组态硬件，从而实现对穿梭车的控制。物流系统将穿梭车的RACK、PS、PLC和CP342-5卡按规格型号配完后，在PLC主站组态界面的目录栏中，找到PROFIBUS DP文件夹下面的调用文件，加载到PROFIBUS DP总线上，双击加载的图标按钮，进入到地址配置界面，进行输入输出地址的配置，配置的物理地址必须与穿梭车的物理地址相一致，地址配置界面如图2所示。
如果物流系统是与穿梭车的CP342-5卡相连，则在PLC主站配置界面的目录栏中，找到PROFIBUS DP文件夹下面的调用文件，加载到PROFIBUS DP总线后，在模块的配置栏中双击，弹出图3所示界面，修改相应的I/O起始地址和字节长度，使其物理地址与穿梭车的相一致，并将调用穿梭车的DP地址进行更改，即完成对穿梭车的组态。
五、物流系统对穿梭车的软件控制
物流系统在对穿梭车进行控制的过程中，通过调用西门子（SIEMENS）公司的系统功能块SFC14、SFC15或SFC20，读取穿梭车的信息和发控制信息给穿梭车。当送货站台有物料时，物流系统发该站台有物料的信息给穿梭车，穿梭车接收到信息后，迅速运行到该站台位置，具备条件后，物流系统和穿梭车的输送设备开始运行，物流系统控制物料到达穿梭车的预定位置，穿梭车返回物料到位的信息，物流系统的输送设备停止运行，同时将物料信息传递给穿梭车，穿梭车完成接货工作。穿梭车送货时，根据车上的物料目标信息运行到目标站台，在物流系统的配合下将物料和物料信息传递给目标站台，穿梭车完成送货工作，依次循环。当接口站台处于空闲状态时，穿梭车处于实时响应状态，一旦有接货任务，穿梭车立即运行执行相应的动作。物流系统与穿梭车调用程序如图4所示。
如果物流系统和穿梭车的接口站台数量较多时，可能出现某些站台长时间处于等待状态，导致无法实时将物料进行传递。为避免这种情况的发生，采用堆栈技术编写相应的控制程序，将物料到达接口站台的先后顺序进行压栈，然后按先进先出的原则出栈，解决了上述问题。
六、结束语
本文介绍了PROFIBUS工业现场总线以及物流系统的设计及组态，重点描述了采用PROFIBUS总线对穿梭车组态硬件，并通过编写模块化控制程序对穿梭车进行调度控制。本项目成功实现了PLC控制系统与现场总线技术的结合，保证了穿梭车输送物流与信息流的同步运行，实现了系统高速实时通信的目的，增强了系统的稳定性，安全性和实时性。