孫立新，楊東宇，徐良君，董玉召

（河北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300130）

控制技術(shù)

基于MCGS與條碼技術(shù)的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)研究

孫立新，楊東宇，徐良君，董玉召

（河北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300130）

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在現(xiàn)代化物流系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。針對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)際需求，運(yùn)用MCGS組態(tài)軟件、PLC可編程邏輯控制器、條碼技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種具有狀態(tài)監(jiān)控和物品檢測(cè)功能的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)提高了倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的自動(dòng)化水品和管理水平。

MCGS組態(tài)軟件；PLC；條碼識(shí)別技術(shù)；立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)

0　引言

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)能夠按照擬定的入庫(kù)單和出庫(kù)單，自動(dòng)的把貨物從入口處搬運(yùn)到目的貨位或從指定貨位把物件搬運(yùn)到出口處，既節(jié)省勞動(dòng)力又大大提高物流效率，在現(xiàn)代化的大型物流倉(cāng)庫(kù)中逐漸獲得越來(lái)越多的應(yīng)用［1］。本文根據(jù)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的實(shí)際需求，基于MCGS全中文組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)了一種通用務(wù)形碼閱讀器-PLC下位機(jī)-MCGS上位機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)控制系統(tǒng)。

由MCGS組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)，可以大大縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期，用戶(hù)界面直觀形象，動(dòng)畫(huà)界面可以增加趣味性，緩解倉(cāng)庫(kù)工作人員的疲勞，而且操作簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手臂接受上位機(jī)命令，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)出、入庫(kù)作業(yè)的自動(dòng)化過(guò)程，并在上位機(jī)用戶(hù)界面顯示作業(yè)動(dòng)作的實(shí)時(shí)畫(huà)面。

1　系統(tǒng)的組成和功能

1.1系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部分由多層貨架和三自由度物料轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械手臂組成，控制系統(tǒng)采用OMRON CP1H可編程邏輯控制器作為下位機(jī)，北京昆侖通態(tài)工控組態(tài)軟件MCGS 6.2通用版開(kāi)發(fā)的用戶(hù)界面作為上位機(jī)，廣州優(yōu)庫(kù)電子公司YOKO-8120全向多線(xiàn)務(wù)形碼閱讀器作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元，反射式光電傳感器作為倉(cāng)庫(kù)物品檢測(cè)單元。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　全自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.2系統(tǒng)的功能

自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)物品務(wù)形碼的讀取、識(shí)別，完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)串行端口傳輸?shù)絇LC中，PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、理解后，通過(guò)驅(qū)動(dòng)上下物料機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)，將物品存放到倉(cāng)庫(kù)的指定位置。并將倉(cāng)庫(kù)中情況通過(guò)圖像或數(shù)值形式發(fā)送到MCGS監(jiān)控軟件，倉(cāng)庫(kù)管理員可通過(guò)上位機(jī)界面了解倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)行、庫(kù)存等詳細(xì)情況，并可由MCGS生成倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)報(bào)表。直接操作MCGS組態(tài)軟件用戶(hù)界面的物品虛擬按鈕，上位機(jī)即發(fā)送指令到PLC，PLC再驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)，便可對(duì)倉(cāng)庫(kù)中物品進(jìn)行取、轉(zhuǎn)移等操作。

倉(cāng)庫(kù)管理者可以通過(guò)在由MCGS組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的上位機(jī)界面中實(shí)時(shí)觀測(cè)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的庫(kù)存分布、搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)行情況、異常報(bào)警等。

2　條形碼數(shù)據(jù)的采集與識(shí)別

2.1條形碼數(shù)據(jù)的采集

務(wù)形碼已經(jīng)被廣泛用于工業(yè)和業(yè)務(wù)部門(mén)相關(guān)的汽車(chē)、電子、食品加工、貨物復(fù)合物、運(yùn)費(fèi)、保險(xiǎn)、郵政、制藥、出版社、零售環(huán)境等等。務(wù)形碼記錄了物品的參數(shù)信息，通過(guò)對(duì)務(wù)形碼數(shù)據(jù)的識(shí)別得到物品的全部信息，進(jìn)而對(duì)物品進(jìn)行相應(yīng)的操作。使用務(wù)形碼閱讀器是對(duì)務(wù)形碼數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的必要手段，常見(jiàn)的務(wù)形碼閱讀器一般由光源、光學(xué)透鏡、光電轉(zhuǎn)換器、放大整形電路和譯碼接口電路做成。務(wù)形碼閱讀器的原理如圖2所示。

圖2　條形碼閱讀器工作原理

由于串行通訊在PLC中是一種最常見(jiàn)、最經(jīng)濟(jì)的通訊方式，因此在務(wù)形碼閱讀器和PLC構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中選用串行接口連接方式。本文選用YOKO-6120型通用務(wù)形碼閱讀器作為務(wù)形碼數(shù)據(jù)采集單元，其RS232C接口形式為標(biāo)準(zhǔn)的DB9定義，Male型，歐姆龍PLC選件板CP1W-CIF01的串行通訊接口為DB9，F(xiàn)emale型。

OMRON CP1H型PLC支持無(wú)協(xié)議通訊模式，即不使用固定協(xié)議、協(xié)議不經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過(guò)通信端口輸入指令（RXD指令）接收數(shù)據(jù)，輸出指令（TXD指令）發(fā)送數(shù)據(jù)，務(wù)形碼閱讀器與PLC的數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)協(xié)議通訊方式。采用上述通信方式發(fā)送或接受數(shù)據(jù)幀的最大量為259個(gè)字節(jié)，其中包括起始碼、最大長(zhǎng)度數(shù)據(jù)碼、結(jié)束碼。

CP1H的通信方式由CPU單元的前面板上的撥碼開(kāi)關(guān)SW4、SW5控制。當(dāng)串口1使用無(wú)協(xié)議通訊時(shí)，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)SW4置為OFF；如果撥動(dòng)開(kāi)關(guān)SW4置為ON，則串口1禁止使用無(wú)協(xié)議通訊，另外CP1H無(wú)協(xié)議通訊的接收結(jié)束標(biāo)志位為A392.14。

自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)檢測(cè)到物品到位以后，務(wù)形碼閱讀器對(duì)務(wù)形碼數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，再經(jīng)過(guò)無(wú)協(xié)議通訊的方式傳輸至PLC，由PLC控制單元完成對(duì)務(wù)形碼數(shù)據(jù)的理解和分析工作。數(shù)據(jù)采集與識(shí)別程序流程如圖3所示。

圖3　數(shù)據(jù)采集與識(shí)別流程圖

2.2條形碼數(shù)據(jù)的解釋

PLC在接收到務(wù)形碼數(shù)據(jù)以后需要對(duì)其進(jìn)行解釋和分析操作。務(wù)形碼閱讀器輸出的務(wù)形碼數(shù)據(jù)是ASCII碼形式的，不符合PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式。首先將ASCII碼轉(zhuǎn)換為PLC能夠識(shí)別的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在DM區(qū)內(nèi)。然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換分析，分別取出務(wù)碼數(shù)據(jù)的每一位與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，匹配后在標(biāo)志位記“1”，不匹配記“0”。對(duì)比完所有的位后得到一系列與務(wù)形碼數(shù)據(jù)位數(shù)一致的二進(jìn)制數(shù)，將這一系列二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行“與”運(yùn)算后，如果得到的是“1”即為真，系統(tǒng)則認(rèn)為該物品屬于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的物品，對(duì)其進(jìn)行入庫(kù)操作；如果得到的是“0”即為真，系統(tǒng)則認(rèn)為該物品不屬于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的物品，對(duì)其進(jìn)行剔除操作?？删幊炭刂破鲗?duì)務(wù)形碼數(shù)據(jù)的分析和轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖4所示。

圖4　條形碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和分析過(guò)程

3　MCGS組態(tài)監(jiān)控

MCGS（Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng)）是用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件［3］。由它開(kāi)發(fā)的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、顯示，并能對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，生成報(bào)表，由于其大大縮短了監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

安裝有MCGS組態(tài)軟件的Windows計(jì)算機(jī)與PLC連接的方式采用標(biāo)準(zhǔn)的DB9串行通訊接口連接，通信方式選用HOST Link。在PLC端口設(shè)置窗口下，設(shè)置其通信參數(shù)為：COM2，波特率9600，數(shù)據(jù)位7，停止位2，偶校驗(yàn)。在MCGS組態(tài)軟件設(shè)備窗口下建立通用串口父設(shè)備，在父設(shè)備下添加OMRON HOST Link，其通信參數(shù)設(shè)置為：COM4，波特率9600，數(shù)據(jù)位7，停止位2，偶校驗(yàn)。MCGS組態(tài)軟件中的設(shè)置如圖5所示。

圖5　MCGS的通信設(shè)置

通過(guò)設(shè)置MCGS數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量通道，將MCGS的數(shù)據(jù)庫(kù)與PLC內(nèi)部存儲(chǔ)單元建立聯(lián)系，通過(guò)對(duì)PLC的輸入輸出地址進(jìn)行讀寫(xiě)操作，得到由PLC采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，以及發(fā)送控制指令到運(yùn)動(dòng)單元。例如：PLC的地址100.00為100通道，第00位。MCGS中的監(jiān)控界面要簡(jiǎn)單易懂，容易操作，還要直觀形象。上位機(jī)監(jiān)控界面如圖6所示。

圖6　用戶(hù)監(jiān)控界面

4　系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

務(wù)形碼閱讀器檢測(cè)到，并讀取務(wù)形碼數(shù)據(jù)以后，通過(guò)無(wú)協(xié)議通訊方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送到PLC。PLC對(duì)務(wù)形碼數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、理解以后，對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制。倉(cāng)庫(kù)中物品檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)到物品后，將信號(hào)發(fā)反饋到PLC，MCGS組態(tài)軟件通過(guò)讀取PLC的輸入輸出地址，獲取立體倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)存情況，并實(shí)時(shí)顯示在用戶(hù)界面上，為倉(cāng)庫(kù)管理者提供直觀倉(cāng)庫(kù)情況信息。系統(tǒng)程序流程圖如圖7所示。

5　結(jié)論

本設(shè)計(jì)完成了該系統(tǒng)的軟、硬件的相關(guān)設(shè)計(jì)與設(shè)置，并已完成安裝調(diào)試等工作。試運(yùn)行期間機(jī)械手臂能夠根據(jù)工作人員的需要，準(zhǔn)確的對(duì)貨物進(jìn)行入庫(kù)、出庫(kù)等操作，并實(shí)時(shí)的顯示在上位機(jī)界面中。對(duì)立體倉(cāng)庫(kù)中物品的數(shù)量記錄準(zhǔn)確、及時(shí)，已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)有良好的通用性、實(shí)時(shí)性和可靠性，特別是調(diào)試方便，操作簡(jiǎn)單，有利于進(jìn)一步提高了立體倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化水平和管理水平，具有較高的工程參考價(jià)值。

圖7　系統(tǒng)程序流程圖

［1］ 劉魯，常曉玲.基于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2015（1）93-96.

［2］ 孫憲明，金立軍.基于一般務(wù)形碼閱讀器實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)采集與識(shí)別的應(yīng)用設(shè)計(jì)［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2007（26）29-31.

［3］ 鄒偉，楊平，徐德.基于MCGS組態(tài)軟件的上位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.北京：制造業(yè)自動(dòng)化，2008（12）103-108.

［4］ 方彥軍，戚宇君.基于MCGS組態(tài)軟件的嵌入式串口通信的實(shí)現(xiàn)［J］.四川：計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2003（29）9-11.

［5］ 鄒律龍，張世亮.MT- 506觸摸屏在生產(chǎn)物流務(wù)形碼識(shí)別系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù)，2010（8）79-81.

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Design of As/Rs monitoring system based on MCGS configuration software and bar code technology

SUN Li-xin， YANG Dong-yu， XU Liang-jun， DONG Yu-zhao

TP29

A

1009-0134（2016）10-0020-04

2016-03-16

孫立新（1964 -），男，河北承德人，教授，博士，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化設(shè)備研究。