1、第八章 物流自动化系统案例,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计 9.2日本东京烟草物流中心9.3 现场总线控制技术在3万NM3/H空分装置上的应用9.4武钢GPS车船监控系统研发,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.1 西安制药厂概况 (1)西安制药厂原有库存系统状况分析 库房种类多、布局分散、管理部门多，造成全局管理难度大。 库房管理采用传统的手工记账方式，不能及时和动态地反映库存信息，使经营决策者在决策时有一定困难。 仓库作业采用人工方式，出入库效率低、时间长、完全不能满足该企业迅速发展的要求。 原有库房设施不能使药品这一特殊商品实现先进先出的原则。 原有库房的
2、库存量太大，占用流动资金多，不利于企业发展。,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.1 西安制药厂概况(2) 自动物流管理中心位置和面积 新建的自动化物流管理中心位于厂区东北角3990平方米。(3) 自动化物流系统管理中心保管物品种类和规格品种规格:共100个品种，129个规格。 日入出量。 每箱重量：最大30kg，最小11kg，数量最多的品种每箱16.8kg外包装箱规格：900mm500mm200mm； 690mm415mm270mm； 315mm205mm140mm； 625mm415mm270mm； 475mm225mm180mm；315mm278mm200mm。,9.1
3、 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.2参数设计 (1)单元载货的确定 设计自动化立体仓库最重要的一个环节是确定单元载货尺寸。这是设计自动化立体仓库大小的基础。它最终将影响到立体仓库的储存效率，确定单元载货尺寸的基础首先是决定入库品的尺寸。根据入库的规格尺寸进行排序，选出尺寸相近且占入库品体积百分率最大的几种物品、以此为据优化托盘尺寸。此外，考虑到托盘的力学性能及价格，最后确定：单元载荷尺寸为：WLH=1400mm1100mm1400mm托盘尺寸为： WLH1400mm1100mm150mm单元货格有效容积为：WLH1400mm1100mm1400mm,9.1 西安制药厂自动化物流系
4、统管理中心设计,9.1.2参数设计(2)立体仓库的主要参数库房占地面积：95m42m3990平方米采用5巷道9层50列，每巷道2排，总货位数为：509524500个(3)主要设备自动堆垛机5台。链式输送机(含工作台)搬运台车5台。计算机终端8台。,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.2参数设计 (5)自动化立体仓库的进出货能力 每台堆垛机的平均复合能力为134.1s，即处理复合进出货所需时间。复合存取是堆垛机把托盘运入、放进货格之后不出立库，而是到另一货格把需出库货物运出。5台堆垛机的复合存取能力为：134.1/526.82s。每天按8h工作制考虑，整个系统(5台堆垛机)的复
5、合能力为： 3600 s8/26.82s1073次 因此，一个工作日进出货总数(2倍)为：2146次(6)仓库结构特点 整个货架区为全封闭式，入库和出库作业区分开，入库品在入库前为整理和除尘等工序留有足够的空间。在货架区前面留有15m26m的场地，作为货物的拣选区和入库前、出库后的暂存区，也为将来发展自动水平旋转库留有余地。,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.3 自动化物流管理中心的系统设计(1)物流系统管理范围物流系统管理范围如下图 所示,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.3 自动化物流管理中心的系统设计(2)系统基本功能 本系统以托盘为单位，对在库品
6、进行管理。 储位管理方式(托盘与货架关系)采用自由储位管理方式，即寻找货架闲空货位的位置，高效率使托盘入库。 分配管理方式(物品与托盘的关系)。当托盘上的物品全部被取走时，物品与托盘之间的关系被解除。若其他新物品放入托盘时，则重新建立起物品与托盘的新关系。 混载管理。在一个储位里可以放入多个不同物品，叫做混载管理。这个系统最多可放8个物品。 多个储位管理。本系统可对同一种物品，分别用多个储位进行管理。 空托盘管理。本系统可以存放空托盘，对空托盘进行科学管理。 出库顺序。完全按先进先出原则出库管理。,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.4 自动化物流管理系统软、硬件系统结构 (
7、1)硬件系统构成自动化物流管理系统硬件系统构成概括图,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.4 自动化物流管理系统软、硬件系统结构 2)自动化物流管理系统软件系统结构自动化物流管理系统软件系统结构图见图,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.5 运转系统(1) 运转系统基本原则 管理方式。采用自由货位和区域管理系统管理方式，把自动化立体仓库分成了3个区域来管理物品。在各区域内以自由货位的方式进行保管。 入库原则。自动化立体仓库的出库原则是以托盘为单位进行入库。 出库原则。出库原则是先进先出，自动化立体仓库之外的“多余物品”和货格内的物品都必须按先进先出的原则进行
8、出库。 管理系统。要求自动化物流管理中心的计算机能做各种帐票、查询有关信息，管理精度高，具备有盘点库存的各种程序。 控制水平阶层化。这样即使出现故障，也能进行入出库作业。全部运转包括在线运转、自动运转和手动运转三部分。,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.5 运转系统(2)入库作业程序 1)由叉车提供空托盘 2)把制品或原材料放在托盘上 3)把记载了制品号或原材料号及托盘上个数的现品票贴在托盘上的制品或原材料上。 4)用叉车把“入库准备完了”的托盘放在输入传送带上 5)叉车离开传送带，托盘开始向货态检测部的方向自动移动。 6)在货态检测部对单元载荷进行货态检查，货态最大尺寸为
9、宽1100mm，深1400mm，高140Omm：之后，读取贴在托盘侧面上的票据数据。之后，托盘停在“入库设定位置”。如果是空托盘，则在入库主线上自动合流。 7)如果货态尺寸超过规定值或读取托盘侧面上的票据数值发生异常时，操作箱的红色信号灯亮，报警器响，同时解除异常按钮也亮起来。,9.1.5 运转系统(2)入库作业程序8)把放在制品或原材料上的现品票收集起来，通过入库终端，输入“入库再入库数据”。入库再入库数据是制品号或原材料号、制造号、数量。9)当理论在(入)库数与输入数量有差别时，在入库主线合流后，物品被送到剔出线。如果理论在库数与输入数量一致时，则正常运行。l0)当一个托盘从货态检测部移出
10、时，下一个托盘就进入接受检测。11)自动报送到入库主线的托盘，将自动转到指定的某号堆垛机的入库通道传送带上。在同一入库通道传送带上可保存2个托盘、在入库站的托盘进入货格完了后，后续的托盘将自动地送到入库站。12)在入库站设有条形码阅读器，能读取托盘侧面的托盘号。这个条形码阅读器与堆垛机地上控制盘相连接，读取的托盘号被送到群管理控制盘中，若发生不良读取时，则送出空数据。13)托盘到达入库站后，等待进入货格。,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.5 运转系统(2)入库作业程序14)群管理控制盘把从堆垛机地上控制盘送来的托盘号作为入库要求数据，传输给物流管理计算机。15)物流管理计
11、算机根据托盘上制品、原材料的出库顺序查选该货区的空货格，并向群管理控制盘发出入库指令。16)群管理控制盘接到来自物流管理计算机的进入货位的指令后，向堆垛机的控制盘发出托盘入库指令。 (托盘在入库站待命)17)堆垛机地上控制盘和堆垛机把托盘送入指定货位，当托盘进入货位后，把“完了数据”传送到群管理控制盘。18)群管理控制盘把进入货位完了数据传输给物流管理中心。19)物流管理计算机接收到上述入货位完了数据后，修改在库文件（托盘号、货位号）和相应其它文件，自动计入库存文件中。,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.5 运转系统(3)出库作业程序1)收到订单数据。2)在办公室通过计算机
12、终端整理订单.决定出库计划。按先进先出原则对在库和出库的货位进行查询处理，并打印出库指示一览表和发货明细表。3)根据订单，编制出库顺序计划，制作出库计划文件，并按堆垛机号打印出应取货的货位览表。发货记录票上记载机号、托盘号、订单号、制品和数量等数据。4)通过办公室计算机终端，按照出库计划文件，物流管理计算机向群管理控制盘发出出库指令。5)群管理控制盘对堆垛机地上控制盘发出出库指令。6)堆垛机从指定的货位取出托盘，并搬运到移动台车上。7)移动台车自动行走。此时出库终端显示订单号和其它有关项目，订单号用大号字体显示出来。,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.5 运转系统(3)出库
13、作业程序8)叉车司机根据发货记录票和终端显示订单号，把托盘从移动台车上取下来，送到指定的发货口、搬运完毕后、把出库记录票附在托盘上： 当叉车的货叉一离开移动台车时，通过传感器就知道移动台车上的托盘被取走，此时，移动台车自动回到入出库站.并在指定位置待命，等待堆垛机搬运来的托盘。9)在发货口待命司机根据发货明细表和发货记录单，按指示数量从托盘上把制品或原材料取出，并进入卡车的车厢中. 10)叉车司机把拣货完毕的托盘送到下个订单应拣货的发货口，如果没有后续订单拣货时，则把托盘送到指定区域待命入库。,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.5 运转系统(4)备用运转程序 备用运转是在入
14、库主线的机器发生故障时所采用的措施。备用运转具体步骤如下: 1)在传送带控制盘面上，选择备用运转方式。 2)移动台车自动待命。 3)叉车把从剔出线运来的托盘放在移动台车上 4)当叉车货叉一离开，通过传感器作用，移动台车自动到入库站位置。并由条形码识别器读出托盘号。 5)堆垛机地上控制盘把同一组数据传输给群管理控制盘。 6)管理控制盘把同一组数据作为入库要求的数据传给物流管理计算机。,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1 西安制药厂自动化物流系统管理中心设计,9.1.5 运转系统7)物流管理计算机根据入库要求数据进行入库设定处理，并按托盘上制品或原材料的出库顺序查询空货位后，向群
15、管理控制盘发出入库指令。8)当入库指令被拒绝或条码阅读器不良时，移动台车将自动返回待命，异常灯亮，并异常报警。此时，叉车把移动台车上的托盘取下，排除异常原因。 9)当堆垛机地面控制盘接收到来自群管理控制盘的入库指令后堆垛机把托盘放入货位中。,（1）日本东京烟草物流中心概况占地面积：27383平方米建筑面积：11373平方米楼房层数：4层总楼层建筑面积：42019平方米地 址：东京千叶县船桥市。,9.2日本东京烟草物流中心,(2)物流系统的构成,（3）烟草物流中心设备处理能力自动化立体仓库。来自工厂的香烟以托盘为单位进入自动仓库保管。在分货处理时按先进先出的保管原则自动进入卸托盘机。产品在入库前
16、在每个托盘上要贴条形码，托盘规格为1100mm1100mm，每层可堆放4个箱子，可放8层，即每个托盘堆放32个箱子。自动卸托盘机。自动卸托盘机在计算机的指示下，从自动仓库送来的托盘上以4箱为单位取出箱子，并把箱子方向调整为同一方向，以便条码识别机自动识别。之后通过滚轮输送机把箱子移载到箱式流动货架上。为了满足作业量需要在四楼有8台自动卸托盘机。流动货架。箱子送入流动货架暂存，之后按开箱机要求，以箱为单位送出，以便开箱作业。这组箱式流动货架有60列6层360格，此外还有整条烟的流动货架，这个流动货架有120列5层600格。,（3）烟草物流中心设备处理能力装箱机。在计算机控制下自动拣货，来自流动货
17、架的一条条香烟，以0.11s速度进入各自相应的输送带，一条条香烟在输送带前端排成一列，以30条为单位装在塑料箱子中，装一箱时间只要3.3s，其速度是相当快的，在塑料箱上，贴有零售店的名称和有关配送信息的标签。装托盘机。把装满香烟的塑料箱按6箱6层的堆积方式自动堆放在托盘上。为了配送时取下方便，塑料箱的放置顺序是按用户远近来堆放，远的在下，近的在上边。自动拣货线。用机械手把整箱香烟自动拣取后并堆放在托盘上以备发货。,9.3 现场总线控制技术在3万NM3/H空分装置上的应用9.3.1工程介绍,为了应对国内外铜市场的需求和竞争，江西铜业股份有限公司决定提升其旗下的贵溪冶炼厂铜冶炼产能，新建一座30万
18、吨级铜冶炼厂，采用世界上最先进的闪速炼铜工艺技术。与其配套的过程自动化仪表控制技术和设备经综合考察、了解设备厂商和用户，决定采用以FF总线仪表为主，传统仪表为辅的混合式控制方案。闪速炉、硫酸主工艺流程选用爱默生公司的DeltavFF总线控制系统，主要的配套装置空分系统选用横河公司的CS3000FF总线控制系统。整个工程于2005年12月2日开工建设，2007年8月1日建成投产，自动化仪表控制系统投运至今，运行稳定、可靠，这也标志着FF现场总线控制技术在江铜新30万吨级铜冶炼厂应用获得了成功。这里主要介绍横河公司的CS3000FF总线控制系统在贵冶3万NM3/H空分装置中的应用。,9.3.2 现
19、场总线控制系统的网络结构及配置,贵冶3万NM3/H空分装置主要由空气压缩系统、空气预冷系统、分子筛统、冷端和热端增压膨胀机系统、氧和氩精馏系统、高纯氧系统、液体储存系统、冷却水循环系统等构成。I/O点数总计为582点，分类如下： AI 148 AO 74 DI 151 DO 79 RTD 130选用横河公司最新推出的CS3000R3控制系统，采用VNET/IP千兆以太网控制网络结构，配置2台操作员站，1台工程师站，1台设备管理站，1台冗余控制站（7个节点）。,FF现场总线设备具体配置,现场总线控制卡ALF111 16块，采用8对冗余方式，占整个控制系统2个节点（NODE2和NODE3）。,设置
20、32条网段，实际使用28条网段，4条网段备用，网段结构为鸡 爪型结构，平均每条网段6台FF设备，配置最少的一条网段为4台FF设备，配置最多的一条网段为8台FF设备。下图所示为网段连接结构示意图。,网段辅助设备全部采用MTL公司的产品，每条网段设置了总线电源F600A和防浪涌保护器FP32。总线电缆采用国产电缆（八益电缆厂生产）。主干线电缆为铠装金属丝屏蔽电缆，型号为BJYC3Y32 H1 1X2X0.8（18AGW）;分支线电缆为非铠装金属丝屏蔽电缆，型号为BJYC3Y2 H11X2X0.8（18AGW）。,为了实现对FF现场总线设备的在线监测和动态维护管理，本工程引入了工厂资源管理（PRM）
21、系统。FF现场总线仪表配置161台件： 仪表类型 数量 厂商 EJA系列压力、差压变送器 82 横河 EJX系列压力、差压变送器 14 横河 3095多参量流量变送器 1 罗斯蒙特 AXF系列电磁流量计 4 横河 YTA系列双路温度变送器 2 横河 3787阀门定位器 56 萨姆森 3730-5阀门定位器 1 萨姆森 SIPART PS2FF阀门定位器 1 西门子,9.3.3 FF现场总线设计和安装以及组态应注意的问题,网段设计 网段设计应充分参考，相互关联的FF现场总线仪表尽可能设置在同一条网段上，特别要注意宏周期和控制模块执行时间的确定，至于是否需要采用网段浪涌保护还是设备浪涌保护应视具体
22、环境定，应尽可能选用大容量的网段供电设备。另外，在网段设计时,最好把现场FF仪表的位号和分配的地址提供给设备供应商，否则，在实施时FCS系统读上来的FF设备全都是设备出厂时的缺省值，只能一台一台确认，给组态带来诸多麻烦。此外，可以借助于FF设备厂商提供的“现场总线网段设计工具”来检查网段设计是否满足要求。 对于链路调度器（LAS）的考虑，一般把主LAS设计在H1卡上，后备LAS设计在网段上的某一台通讯任务较轻的设备中。然而，在设计FCS系统时一般都是采用冗余的H1卡，故本工程把后备的LAS设置在冗余的H1卡上，这样做可以减少FF仪表费用。总线仪表功能块设计 受网段通讯速率的限制,一般在一条网段
23、上设计的PID调节功能块不应超过2个；功能块总运行周期时间达到0.25秒的总线设备最好设计为1台，最多不能超过3台。另外，在设计FF仪表时不要选用工程应用中不需要的功能块,这样可减少设备费用。,下图所示为FF仪表标准的单回路PID功能块设计案例。 在本工程中，模拟量输入AI块(5FI1101)始终设计在变送器上,模拟量输出AO块(5FCV1101)始终设计在阀门定位器上，标准的单回路PID功能块(5FICA1101)一般设置在阀门定位器上。对于串级控制回路,主回路控制PID功能块在FCS控制器里执行,而副PID功能块在阀门定位器里执行。,在CS3000FCS控制系统中,所有放置在现场总线仪表装
24、置中的功能块,操作人员都可以通过FCS系统转换成 FF仪表面板块来进行操作和监视,但要注意的是AO块必须置于串级, FF-PID功能块才能进行手自动切换操作,否则只能通过AO块进行手动控制阀门。 复杂回路的PID功能块一般设计在FCS控制器里执行，如带有温压补正运算(5FCL102)等。在本工程中,所有带温压补正运算的PID调节功能块、分程控制块等,均设计在FCS系统控制器中处理。,图示为FF仪表复杂回路PID功能块设计案例,FF电缆施工要求 在现场施工中，对FF电缆和管缆的敷设以及FF仪表设备的安装做以下规定：敷设的电缆两端必须印有电缆标识，主干和分支电缆的接线遵循橙色线接正极、浅兰色线接负
25、极。电缆/管缆尽量通过专用桥架敷设，最小弯曲半径应大于FF电缆外径的12倍，敷设的距离应尽量的短、尽量避免高温和高粉尘场所、尽量避免大功率电器设备，如果不能避开以上场所，则电缆应当穿保护管敷设。所敷设的FF电缆不允许有破损以免造成多点屏蔽接地。主干电缆屏蔽接地要求：外层屏蔽铠装钢丝接电气保护地；在仪表室端，内层屏蔽通过泄漏线连接到网段供电电源设备（F600A）的网段接线S端子上后再连接到仪表系统地上，在现场端，内层屏蔽通过泄漏线连接到Megablock分接盒上的TRUNK-IN主网段中的S端子上；中间任何地方对地要求绝缘良好。,分支电缆屏蔽接地要求：外层屏蔽金属丝连接到现场分接箱的保护地；内层
26、屏蔽通过泄漏线连接到Megablock分接盒上的各分支网段中的S端子上，注意单端接地，接到现场设备上的支线电缆的屏蔽线必须剪断，并用热缩套管封装好，不得与机壳和仪表地连接。主干和分支FF电缆接线两端必须套热缩套管以免屏蔽线接触外壳形成多点接地。特别要注意的是室外设备的接线端必须要有防水措施，以确保电缆信号线之间以及对地的绝缘良好。必须按照FF总线系统工程指南中现场总线电缆检验标准，验收主干和分支电缆的施工。,9.3.4应用中遇到的问题,在回路调试和装置开车过程中，FF现场总线回路使用情况正常。FF总线的通讯速度完全满足工艺生产需要，FF总线设备工作稳定，性能良好。但也出现了一些小问题，如某个网
27、段通讯不正常，设备丢失等，通过FCS操作站或PRM设备资源管理器可以发现故障网段上的故障标记，也可以使用MTL公司提供的FBT-3诊断器检查网段上的信息。反映到FCS操作上，会出现过程CNF报警，过程数值不变，PID面板块不能操作等等现象发生，具体遇到以下几方面的问题：故障设备干扰（网段中个别变送器质量不良出现软故障），造成网段通讯不正常，引起整条网段上设备丢失。总线电缆敷设问题，由于进总线接线盒的分支电缆被压破，引起分支电缆屏蔽线有二端接地现象，而造成信号干扰，另外现场总线设备现场接线端子进水，引起总线电缆绝缘下降等问题，最终都会引起干扰，造成网段通讯不正常，引起网络设备丢失。设备下载速度慢
28、，与传统DCS的比较，FCS在修改组态参数时，下载速度要慢得多。 FF现场仪表与FCS系统的兼容性问题，主要体现在可监视和修改的参数方面,如CS3000系统与西门子PS2FF定位器，PID功能块就不能设置在阀门定位器上，只能设置在FCS控制器内等。,通过本工程的实践,我们认为FF现场总线控制技术与FCS设备已趋于成熟，是今后过程自动化的发展方向,并确实感受到了如下优点:节省电缆及安装材料，减少了I/O卡件，工程量减少。可以降低设备维护费用,提高设备使用效率和装置的安全性。由于现场总线仪表的全数字、智能化以及PRM等设备管理软件的应用,使操作和维护人员能够及时获得设备的故障预测、报警等信息，大大的缩短了仪表标定、故障诊断和现场巡检乃至工艺故障准确判断时间，装置的非计划停车时间减少，且使设备全寿命周期预知管理成为可能 但是任何事物都有其两面性。FF设备费用高，对设备维护人员的知识、技能水平要求也高，尤其是设备资源管理系统的应用比较复杂，需要专业人员才能用好等等。 随着FF现场总线技术的飞速发展,相信上述缺憾会得到实质性改进，更多的企业将会应用这门新技术，我们将更加体验到新技术带给的好处。,
