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        基于PLC的票據(jù)柜聲光指引系統(tǒng)

        2023-12-31 00:00:00劉卓張曉宇楊鵬劉先科
        電腦迷 2023年16期

        【摘" 要】 針對(duì)傳統(tǒng)工作票存取柜的存取效率底等問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種基于PLC的票據(jù)柜聲光指引系統(tǒng)。系統(tǒng)集PLC、掃碼槍、二維碼打印機(jī)、觸摸屏、語(yǔ)音播報(bào)器、音響、燈帶、遠(yuǎn)程IO模塊等板塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)測(cè)試證明,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,安全可行,具有巨大的推廣價(jià)值。

        【關(guān)鍵詞】 聲光指引;PLC;票據(jù)柜;LED指示燈;數(shù)字化

        隨著科技的不斷發(fā)展,自動(dòng)化設(shè)備在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,票據(jù)柜作為一種常用的辦公設(shè)備,管理高效、快捷方便、安全合理的智能工作票存取柜已經(jīng)成為許多企業(yè)必備的配套辦公設(shè)備。傳統(tǒng)的票據(jù)柜通常需要操作人員手動(dòng)查找和存放票據(jù)。這種方式容易出現(xiàn)錯(cuò)誤且操作繁瑣,需要花費(fèi)大量時(shí)間。特別是在需要頻繁訪問(wèn)和更新票據(jù)的情況下,時(shí)間消耗更加明顯。傳統(tǒng)票據(jù)柜通常占用較大的空間,尤其是在需要存儲(chǔ)大量票據(jù)的情況下。這不僅增加了辦公室的擁擠感,還可能導(dǎo)致票據(jù)的混亂和錯(cuò)位。為了解決手動(dòng)操作繁瑣、時(shí)間消耗較大、空間占用較大、查找困難這些問(wèn)題,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了利用聲音和光線來(lái)進(jìn)行指引的系統(tǒng),該系統(tǒng)對(duì)引導(dǎo)用戶進(jìn)行操作提供了直觀的操作指示。本文設(shè)計(jì)了適用于中、大型企業(yè)票據(jù)柜的智能化聲光指引系統(tǒng)。

        一、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及功能定義

        (一)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

        票據(jù)柜燈光指引系統(tǒng)一般由人機(jī)交互系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)組成。

        人機(jī)交互系統(tǒng):對(duì)用戶票據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,并將獲取的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊。

        數(shù)據(jù)處理系統(tǒng):主要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并發(fā)送到執(zhí)行系統(tǒng)。

        執(zhí)行系統(tǒng):數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將收集到的信息經(jīng)過(guò)分析處理,發(fā)送到各個(gè)輸出點(diǎn),進(jìn)行聲光指引。

        (二)系統(tǒng)的工作原理

        工作票存取柜通過(guò)智能化的聲音和燈光指示,簡(jiǎn)化了操作流程,提高了操作準(zhǔn)確性和基于PLC的聲光指效率。它利用PLC技術(shù)將輸入的工作票信息轉(zhuǎn)化為控制指示信號(hào),通過(guò)聲音和燈光設(shè)備引導(dǎo)操作人員找到所需的工作票。這種智能化的設(shè)計(jì)提供了一種直觀、高效的方式來(lái)管理和存取工作票,也具有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),查詢歷史工作量情況等功能,具體工作原理是:

        存票:存票需要掃描二維碼,二維碼可以提前打印或現(xiàn)場(chǎng)打印,在系統(tǒng)觸摸屏上點(diǎn)擊打印二維碼設(shè)置并確認(rèn)二維碼信息后打印二維碼粘貼在票據(jù)上。將粘貼好的二維碼經(jīng)過(guò)掃描槍識(shí)別,系統(tǒng)自動(dòng)分配空閑位置,同時(shí)啟動(dòng)語(yǔ)音播報(bào)“請(qǐng)存101號(hào)”和燈光指引,屏幕也會(huì)通過(guò)文字提示空閑位置,操作人員根據(jù)聲光提示存放工作票。

        取票:工作票取出流程只需將工作票上的二維碼經(jīng)過(guò)掃描槍識(shí)別,系統(tǒng)自動(dòng)查詢到需要取出工作票的位置,同時(shí)啟動(dòng)語(yǔ)音播報(bào)“請(qǐng)取101號(hào)”和燈光指引,屏幕也會(huì)通過(guò)文字提示取出位置,操作人員根據(jù)聲光提示將工作票取出。

        二、基于PLC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)以PLC為控制核心實(shí)現(xiàn)對(duì)指示燈等的信號(hào)處理,主要由PLC S7-1200、觸摸屏、二維碼打印機(jī)、二維碼掃碼槍、遠(yuǎn)程IO模塊、語(yǔ)音播報(bào)器、指示燈等組成,具有自動(dòng)分配、智能化等特點(diǎn)。PLC主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并輸出相應(yīng)信號(hào)與外圍設(shè)備組態(tài)通信,觸摸屏用來(lái)人機(jī)交互,進(jìn)行用戶的系統(tǒng)設(shè)置及狀態(tài)查詢等相關(guān)操作,打印機(jī)主要用于執(zhí)行用戶打印操作。掃碼槍主要用于識(shí)別二維碼,將識(shí)別到的信息發(fā)送到PLC。指示燈、語(yǔ)音播報(bào)主要用于執(zhí)行聲光指引系統(tǒng)。

        (一)網(wǎng)絡(luò)通訊

        整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D,采用RS485與Profinet兩種通訊協(xié)議,數(shù)個(gè)遠(yuǎn)程IO模塊用RS485通訊,遠(yuǎn)程IO模塊數(shù)量眾多,通過(guò)RS485通訊總線(必須用雙絞線,或者網(wǎng)線的其中一組),將控制器通過(guò)手牽手串聯(lián)的方式,一根總線接到RS485轉(zhuǎn)換器(集線器)上,再接到PLC上,實(shí)現(xiàn)一臺(tái)PLC多臺(tái)控制器的管理和通訊。

        Profinet支持實(shí)時(shí)通信,可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和低延遲。它提供了靈活的帶寬管理機(jī)制,可以根據(jù)應(yīng)用需求動(dòng)態(tài)分配帶寬,確保實(shí)時(shí)通信的可靠性和穩(wěn)定性。兼容以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),可以在現(xiàn)有以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施上部署,無(wú)需額外的硬件或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。同時(shí),它支持多種物理介質(zhì),如銅線、光纖等,適應(yīng)不同的工業(yè)環(huán)境。

        Profinet支持分布式控制系統(tǒng),可以連接大量的設(shè)備和節(jié)點(diǎn)。它采用開(kāi)放的通信架構(gòu),支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如星型、環(huán)型、總線型等,方便系統(tǒng)的擴(kuò)展和升級(jí)。

        Profinet采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議棧,與其他以太網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)兼容性良好。它支持與其他自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的集成,如PLC、HMI、MES等,實(shí)現(xiàn)信息的無(wú)縫傳輸和共享。Profinet提供了多種安全機(jī)制,如數(shù)據(jù)加密、訪問(wèn)控制等,保護(hù)通信數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。

        (二)人機(jī)交互模塊

        人機(jī)交互模塊由掃碼槍、條碼打印機(jī)、西門子TP2200精智面板觸摸屏組成,21.5寸1600萬(wàn)色LED背光,16:9寬屏顯示,主要用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作,執(zhí)行取票、出票、系統(tǒng)初始化、設(shè)置、數(shù)據(jù)可視化等數(shù)據(jù)傳輸。

        (三)數(shù)據(jù)處理模塊

        數(shù)據(jù)處理模塊由西門子1200PLC組成,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議Profinet與人機(jī)交互模塊進(jìn)行通訊,獲取人員操作信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,分配空余存放票據(jù)位置。

        (四)執(zhí)行模塊

        執(zhí)行模塊由語(yǔ)音播報(bào)器、數(shù)個(gè)遠(yuǎn)程IO模塊、燈帶組成,每個(gè)遠(yuǎn)程IO模塊最大支持32個(gè)節(jié)的輸入輸出模塊擴(kuò)展,接線采用共陰極接線方法來(lái)控制燈帶,語(yǔ)音播報(bào)器根據(jù)分配的倉(cāng)位號(hào)進(jìn)行對(duì)倉(cāng)位號(hào)的播報(bào)。

        (五)單點(diǎn)通信RS-232與多點(diǎn)通信RS485選擇

        PLC與遠(yuǎn)程IO通信主要是通過(guò)PLC控制器與遠(yuǎn)程IO內(nèi)部串口功能實(shí)現(xiàn)??刂破鞔谫Y源數(shù)目是有限的,合理化利用串口資源是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。在串口通信協(xié)議中有兩種通信協(xié)議:RS-232和RS-485。二者的區(qū)別是RS-232是一對(duì)一的點(diǎn)到點(diǎn)通信,收發(fā)數(shù)據(jù)采用獨(dú)立的物理信道,實(shí)現(xiàn)全雙工通信:RS-485是一對(duì)多的通信,一個(gè)上位機(jī)對(duì)應(yīng)多個(gè)下位機(jī),收發(fā)數(shù)據(jù)共用同一個(gè)物理信道,實(shí)現(xiàn)半雙工通信。

        在通信距離方面,出于兩種通信的方式不同,RS-232存在共地噪聲,沒(méi)有共模抑制能力,所以該種通信方式下,一般其僅能做15米以內(nèi)的短距離通信。而RS485總線通信采用的是平衡式發(fā)送,具有很好的共模抑制能力,通信距離可達(dá)1200米。

        本文考慮有副柜的可能通信距離長(zhǎng)以及最大化串口資源利用率,采用RS485總線通信模式,實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的通信。

        (六)系統(tǒng)的功能定義

        本系統(tǒng)舍去了傳感器系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)的紙張存放數(shù)據(jù)完全靠PLC算法來(lái)計(jì)算,去掉傳統(tǒng)傳感器,使系統(tǒng)非常緊湊,維護(hù)成本極低。

        分析整個(gè)系統(tǒng),每個(gè)票據(jù)存放格有三種數(shù)據(jù),分別為:空(可存放)、滿(有紙張)、紙張二維碼數(shù)據(jù)。在PLC程序內(nèi)建立一個(gè)FC塊,用來(lái)存放每個(gè)票據(jù)存放格的數(shù)據(jù),每10個(gè)字節(jié)的地址長(zhǎng)度作為一個(gè)票據(jù)存放格的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存地址,當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行初始化(清空所有格子內(nèi)數(shù)據(jù),所有燈帶紅燈閃爍)的時(shí)候,釋放整個(gè)FC塊內(nèi)的信息,所有格子為空狀態(tài),然后存放單據(jù)的時(shí)候經(jīng)過(guò)掃碼槍讀取二維碼數(shù)據(jù)然后從底地址依次向高地址尋找數(shù)據(jù)為空的地址,然后將讀取的二維碼數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存,將該地址數(shù)據(jù)改為滿,并將對(duì)應(yīng)編號(hào)的票據(jù)存放格的燈帶點(diǎn)亮10秒,聲音系統(tǒng)啟動(dòng),告知使用者票據(jù)格燈帶以點(diǎn)亮為綠色,請(qǐng)存放。

        當(dāng)使用者要取出指定票據(jù)時(shí),掃描二維碼,系統(tǒng)讀取掃描到的二維碼后將存放數(shù)據(jù)的FC塊中所有地址進(jìn)行對(duì)比,對(duì)比成功后,將對(duì)比找到的地址數(shù)據(jù)清空,對(duì)應(yīng)的票據(jù)存放格燈帶點(diǎn)亮10秒,聲音系統(tǒng)啟動(dòng),告知使用者票據(jù)格燈帶以點(diǎn)亮為綠色,請(qǐng)取出。

        基于PLC的票據(jù)柜燈光指引系統(tǒng)設(shè)計(jì)以下功能:(1)客戶通過(guò)人機(jī)交互界面或掃碼槍、條碼打印機(jī)進(jìn)行取票、存票操作,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊。(2)數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,存放票據(jù):將分配空閑位置。取出票據(jù):鎖定選擇工裝的位置,將數(shù)據(jù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊發(fā)送到執(zhí)行模塊,并清除該位置的數(shù)據(jù)信息。(3)執(zhí)行模塊接收總線數(shù)據(jù),驅(qū)動(dòng)燈帶、語(yǔ)音播報(bào)器,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)亮和熄滅燈帶,倉(cāng)位號(hào)播報(bào)。(4)系統(tǒng)功能與票據(jù)柜現(xiàn)場(chǎng)需求相對(duì)應(yīng),設(shè)計(jì)紅色燈帶對(duì)應(yīng)入庫(kù)功能,藍(lán)色燈帶對(duì)應(yīng)出庫(kù)功能。

        三、系統(tǒng)功能介紹

        (一)系統(tǒng)功能

        1. 掃碼存,掃碼取,方便快捷,省去找票、整票時(shí)間。

        2. 按照工作票號(hào)順序存放,斷電、故障時(shí)查找方便。

        3. 掃碼亮燈提示,快速準(zhǔn)確定位。

        4. 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可保存。

        5. 副柜功能,預(yù)留接口,一個(gè)主機(jī)可兼容多套副柜。

        6. 觸摸屏顯示當(dāng)前掃描后系統(tǒng)分配的格子編號(hào)。編號(hào)格式為001,002,003.....3位數(shù)字編號(hào)。

        7. 每個(gè)格子位置抽屜與柜體部分設(shè)計(jì)U型凹槽,方便文件存取。每個(gè)格子均有提示燈和編號(hào)。

        8. 程序功能。第一步,掃描文件二維碼,如果二維碼是第一次被系統(tǒng)掃描,那么系統(tǒng)會(huì)分配一個(gè)空格子,提示燈閃爍,提示格子位置,小屏幕顯示格子編號(hào)。第二步,掃描文件二維碼,如果二維碼是第二次被系統(tǒng)掃描,那么系統(tǒng)定位第一次掃描時(shí)分配的格子,提示燈閃爍提示格子位置,小屏幕顯示格子編號(hào)。隨后程序?qū)⒏褡訕?biāo)記為空格子,以待下次分配。

        9. 系統(tǒng)應(yīng)具備突然斷電等意外情況下,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記憶功能,以保證來(lái)電后或意外故障排除后可以繼續(xù)存取文件功能。

        10. 設(shè)置恢復(fù)出廠設(shè)置,清空格子使用狀態(tài)功能,即重置按鈕按下后,系統(tǒng)默認(rèn)所有格子為空格子,以待分配,并釋放所有內(nèi)存。

        11. 可以對(duì)單個(gè)或者多個(gè)勾選的格子進(jìn)行清空操作,清空按鈕按下后,系統(tǒng)刪除所選格子掃碼信息,默認(rèn)此格子為空格子,以待分配。

        12. 所有清空功能通過(guò)觸摸屏軟件界面實(shí)現(xiàn)。觸摸屏軟件界面包括:系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)查看,格子存放情況查看,歷史存取記錄查看,格子清空功能操作界面等。

        13. 系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)包括:系統(tǒng)是否正常,票據(jù)數(shù)據(jù)的硬盤占用情況等。

        14. 所有提示燈常滅,只有在掃碼時(shí),閃爍5秒提示位置,5秒后熄滅。

        15. 系統(tǒng)從上電初始化,到可以正常使用狀態(tài)。以屏幕顯示正常狀態(tài)為判斷依據(jù)。即系統(tǒng)正常狀態(tài),屏幕顯示系統(tǒng)搭載格子總數(shù)與格子使用狀態(tài);若此狀態(tài)未顯示,說(shuō)明系統(tǒng)未到達(dá)正常狀態(tài)。

        16. 通過(guò)掃描器分配的格子,其提示燈為兩種顏色,以區(qū)分格子位置。

        17. 文件有兩種,一種是本身自帶二維碼的,這是最主要的一部分。這種二維碼,按照文件的生成時(shí)間,從小到大遞增,不會(huì)重復(fù)。這些文件,按照其自身的二維碼順序,從小到大分配格子,以便于人工查找時(shí)有一定的規(guī)律可尋。并且,如果中間有空格,也可以按照編號(hào)大小,選擇跳過(guò)或不跳過(guò)中間的空格。另一種文件,是沒(méi)有編號(hào)的,可以通過(guò)條碼機(jī),打印條碼,粘貼上去進(jìn)行識(shí)別,一式兩份。

        四、總結(jié)

        智能票據(jù)柜引導(dǎo)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)工作票作業(yè)全程智能化,為檢修作業(yè)人員提供倉(cāng)位聲光指引,方便檢修作業(yè)員快速定位倉(cāng)位位置。引導(dǎo)系統(tǒng)通過(guò)不同LED燈的不同顏色和聲音來(lái)表達(dá)不同的作業(yè)功能。本文采用西門子PLC,結(jié)合工作票系統(tǒng)應(yīng)用需求,模塊化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了對(duì)檢修作業(yè)員的引導(dǎo)功能,初步開(kāi)發(fā)出了具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的系統(tǒng),極大地方便檢修作業(yè)員定位作業(yè),提高工作效率。

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