PDP屏老炼堆栈生产线控制系统设计与实现

引言

PDP显示屏是国家发改委重点支持的产业化项目，该项目将填补国内技术空白、实现PDP工艺设备国产化，因而是加快民族工业发展的重要途径之一。

屏老炼立体仓库是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库屏托盘输送机系统、老炼加工系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他辅助设备组成的复杂的自动化系统。该系统运用一流的集成化物流理念，采用先进的控制、通讯和信息技术，按照特定的控制策略完成PDP屏的自动、有序、快速、精准、高效的入库出库作业。

PDP屏老炼是PDP屏生产工艺中的关键环节,老炼立体仓库在可实现屏缓存功能的同时，还应实现PDP屏的自动老炼，以远程控制系统（RCP）实时监测屏的老炼状态。

1  控制系统设计

1.1  控制系统需要实现的功能

本文的立体仓库由一条入库线、一条出库线、一台堆垛机和两列12X32库位高层货架构成。主要控制S/C（机械臂），AGV（智能）,C/V（传送带）,AGI（老炼）等设备，以控制堆栈车的精确位置，实现堆栈车平稳加减速，优化堆垛机的行驶距离，实现货物的各种移动操作以及货物的自动入库、出库等功能。

移载机将PDP屏移至平面物流C/V上,再将屏移动至分拣工位,RFID读写器可读出屏的RFID码，并对屏的老炼状况进行甄别，将有问题的屏输送至人工检测点,合格的屏入库，然后使用提升机将屏移至入库台，由AGV取屏入库，实现屏的自动老炼，最后待老炼结束后出库。

1.2  控制系统构成

控制系统是由远程控制系统（RCP）和现场控制系统（LCU）构成分布式架构，RCP控制程序使用Delphi自行开发设计，构建基于Oradellg的数据库双机热备系统，主要包括出入库管理（出入库的原则和优化调度）以及对库存等信息及其与其他系统的接口管理。通过三菱MELSEC通讯规约（MC规约）可实现和现场PLC控制系统的数据实时交互。现场控制系统分为S/C、C/V、AGI三个系统,分别实现各单元受控设备的监控功能。

1.3  系统控制策略优化

屏老炼立体仓库系统对屏老炼时间和出入库效率有严格要求。屏老炼的作业周期主要由出入库操作时间、取货放货的操作时间和堆垛机行驶时间三部分组成，其中堆垛机的行驶时间是屏老炼作业周期的重要决定因素之一，它与行驶距离存在一一对应的单调关系，同时也与能耗息息相关。所以，在一次作业周期中，堆垛机的行驶距离是屏老炼立体仓库的重要指标之一，最大程度减小行驶距离是优化的重点。

PDP屏老炼堆栈生产线运行策略以单作业循环为主，在单作业循环中，堆垛机一次只执行一个存或取命令。一个单存作业循环的时间等于堆垛机从出入库台装上货物、行走到存放位置、再把货物存放在货架上并返回到出入库台的时间总和。单取作业循环的时间同样可以用上述的方法进行计算。当入库台有六块信息完整的PDP屏时，系统将可以自动入库，该六块屏作为一组，由堆垛机取屏并放入距离入库台最近的空货架位。屏老炼完成后，可成组出库。

常规运行可采用顺序策略，即采用就近入库原则、由低到高存放原则和先进先出原则。

为适应生产节拍，也可对库位进行优先级分区，从入库台侧开始将库位分为多个区（如分为A、B、C等3个区），货位区从近至远，优先级由高至低。入库时，可先对高优先级A区放入5组PDP屏，对中优先级B区放入4组PDP屏，对低优先级C区放入3组PDP屏,从而减少堆垛机的移动距离，提高出入库效率。

每块PDP屏的正常老炼时间相同，出库时仍可以入库时的分组,待组内每块屏都老炼完成后（组内某块屏需重新老炼时，只有当该屏老炼结束且有空托盘，同时该库位不执行老炼动作，并需等待其它屏老炼完成后才行），系统将自动生成出库作业并进入出库等待状态，再按先入先出原则出库。表1所列是系统的优先级分区策略表。

1.4  网络架构

RCP和主控单元S/CLCU和C/VLCU可通过以太网通讯，和AGILCU则通过H网通讯。控制系统网络架构如图1所示。AGV小车控制子单元和主控单元S/CLCU可通过光通讯交换数据。MELSECNET/10H网能提供25Mb/s的传输速度，网络总距离可达30km,完全可以满足系统数据传输的要求。

S/CLCU作为主站可以和AGI控制系统构成H网，S/CLCU可以直接引用H网子站的数据区数据，以便为控制流程实现和现场人机接口程序的编制提供方便。同时，该网络架构简单，RCP不需要和AGILCU直接进行物理连接，它们通过虚拟链路进行数据交互。

2  软件设计与实现

本系统的软件分为通讯程序、数据库程序以及应用程序。

2.1  通讯程序

通信程序可使用Delphi并根据三菱MC通讯规约来开发通讯控件。该控件基于socket编程，sock-et通常也称作“套接字”，是建立在传输层协议（主要是TCP和UDP）上的一种套接字规范，应用程序通过,，套接字,，来向网络发出请求或者应答网络请求。开发mcclient控件作为客户端访问现场PLC。Mc-client参数可选，如远程主机IP地址及站号，连接方式TCP或UDP、端口号、访问的数据区域等等。应用程序设计时，可直接使用该控件发出链接请求，服务器端（PLC）侦听到请求后将作业响应。链接建立后，根据应用程序扫描周期，客户端实时发出访问报文,从而进行数据交互。

该应用程序使用三个mcclient控件来分别实现与S/C、C/V、AGI的数据通讯。为满足生产节拍及老炼工艺要求，通讯扫描周期设为50ms,经运行验证，该周期完全可以满足其实时性要求。

2.2   数据库系统

数据库选用Oraclellg_oOracle数据库管理系统是一个以关系型和面向对象为中心管理数据的数据库管理软件系统，使用基于“客户端/服务器”模式结构。客户端应用程序用于执行与用户进行交互的活动，可其接收用户信息，并向“服务器端”发送请求。服务器系统负责管理数据信息和各种操作数据的活动。

数据库可以存储该软件系统信息和库位状态、作业记录、报警和错误作业记录等，同时，实时记录货物从入库到出库全路径信息，以备故障恢复时使用。应用程序使用ADO并通过ODBC访问数据库，同时对数据库进行事务处理。

2.3  应用程序

应用系统程序用于实现控制策略和状态监视，应用系统软件的功能框图如图2所示。 

自动作业是程序的核心部分，主要用于实时监测出、入库线各工位的运行状态，监测PDP屏状态，通过RFID读写器读入PDP屏ID号和托盘ID号，并与托盘号一一对应记录，入库后与货位号一一对应记录。当每组六块屏入库完成后,老炼系统触发开始老炼指令，然后根据工艺要求的老炼时间监测老炼状态，并在完成后出库。

手动作业可完成库位调整，或少量屏的出、入库操作。

査询功能用于实现系统运行中的主要数据记录的査询，包括所有作业的开始和完成状况、货架库位状态、PDP屏的老炼情况统计等。同时还要实现按时间的查询和按作业号、货位号等的查询功能。

数据备份可实现系统运行历史数据的备份，同时存入设备的两台主机数据库，并在每台主机上建立数据备份文件。以用于监控系统出现故障时恢复数据。

系统配置包括出入库策略选择及数据库修复功能。

3  现场控制单元的设计与实现

现场控制单元(LCU)硬件可选用三菱人机界面和Q系列PLC。人机界面用于现场级控制单元内受控设备的监控操作，PLC负责数据采集并处理该单元控制流程。

本系统采用模块化结构分布式控制来将系统受控设备细分为平面物流线(C/V)、堆栈(S/C)及老炼(AGI)三个控制单元。这样，一旦某控制单元出现故障，就不会导致整个控制系统瘫痪，并且便于操作和维护。

3.1  RFID射频技术应用

RFID是一种非接触式自动识别技术句，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作不需要人工干预。RFID技术具备防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签数据可加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。 

该系统可对堆栈生产线所有阶段实施全方位自动化控制管理。因此，采用RFID与计算机监控系统相结合的立体仓储管理系统。系统可对PDP屏和托盘的存放位置、存放时间等用RFID电子标签管理,并对整个入库、出库、倒库等各个环节规范化作业，从而实现对PDP屏制造全过程的跟踪与追忆。

将RFID技术引入该系统,可去掉手工书写输入的步骤。RFID技术与信息技术的结合可使制造企业合理有效地利用仓库空间，实现系统的高速、精确、低成本运行。该系统可将RFID信息与计算机监控系统结合起来，使仓储管理不仅可以靠RFID识别货物,而且可以通过PLC控制机械手、传送带等自动存放或提取储存物品，从而为仓储管理全面自动化提出了一种新思路。

3.2  系统容错处理

建立出入库作业路由表，可以防止“满入”和“空出”故障的发生。由于这种错误将导致数据库的货物数据与实际库存不一致，而一旦出现这种错误，就只能通过人工在库中查找，查找难度很大。为了避免此类错误发生，在系统中可以设计临时文件来记录在途数据路由信息，并设有突发故障处理功能。这样，从出/入库操作开始，便会形成在途数据文件，记录相关信息，直到这一工作完成才删除临时文件。如果中途突然停电或其它故障出现，启用突发故障处理功能，就可以根据在途历史数据进行处理。

4  结语

PDP屏老炼堆栈生产线控制系统的成功实现,将大力促进PDP显示屏的国产化与产业化。同时该生产线中立体仓库与生产工艺的成功结合，也可为其它具备相似工艺的生产线控制系统所借鉴。