基于MCGS與條碼技術(shù)的自動化倉庫監(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)的自動化倉庫監(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) 機械工程學(xué)院，天津 300130）

自動化立體倉庫在現(xiàn)代化物流系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。針對立體倉庫系統(tǒng)的實際需求，運用MCGS組態(tài)軟件、PLC可編程邏輯控制器、條碼技術(shù)，設(shè)計了一種具有狀態(tài)監(jiān)控和物品檢測功能的自動化立體倉庫系統(tǒng)。該系統(tǒng)提高了倉庫系統(tǒng)的自動化水品和管理水平。

MCGS組態(tài)軟件；PLC；條碼識別技術(shù)；立體倉庫系統(tǒng)

0　引言

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

由MCGS組態(tài)軟件開發(fā)的自動化倉庫監(jiān)控系統(tǒng)，可以大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，用戶界面直觀形象，動畫界面可以增加趣味性，緩解倉庫工作人員的疲勞，而且操作簡單。該系統(tǒng)實現(xiàn)了機械手臂接受上位機命令，自動實現(xiàn)出、入庫作業(yè)的自動化過程，并在上位機用戶界面顯示作業(yè)動作的實時畫面。

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)運機械手臂組成，控制系統(tǒng)采用OMRON CP1H可編程邏輯控制器作為下位機，北京昆侖通態(tài)工控組態(tài)軟件MCGS 6.2通用版開發(fā)的用戶界面作為上位機，廣州優(yōu)庫電子公司YOKO-8120全向多線務(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庫物品檢測單元。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　全自動倉庫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.2系統(tǒng)的功能

自動化倉庫系統(tǒng)，通過對物品務(wù)形碼的讀取、識別，完成對數(shù)據(jù)的采集，通過串行端口傳輸?shù)絇LC中，PLC對數(shù)據(jù)進行分析、理解后，通過驅(qū)動上下物料機械手臂的運動，將物品存放到倉庫的指定位置。并將倉庫中情況通過圖像或數(shù)值形式發(fā)送到MCGS監(jiān)控軟件，倉庫管理員可通過上位機界面了解倉庫的運行、庫存等詳細情況，并可由MCGS生成倉庫數(shù)據(jù)報表。直接操作MCGS組態(tài)軟件用戶界面的物品虛擬按鈕，上位機即發(fā)送指令到PLC，PLC再驅(qū)動機械手臂運動，便可對倉庫中物品進行取、轉(zhuǎn)移等操作。

倉庫管理者可以通過在由MCGS組態(tài)軟件開發(fā)的上位機界面中實時觀測倉庫系統(tǒng)的庫存分布、搬運機械手的運行情況、異常報警等。

2　條形碼數(shù)據(jù)的采集與識別

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)部門相關(guān)的汽車、電子、食品加工、貨物復(fù)合物、運費、保險、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，通過對務(wù)形碼數(shù)據(jù)的識別得到物品的全部信息，進而對物品進行相應(yīng)的操作。使用務(wù)形碼閱讀器是對務(wù)形碼數(shù)據(jù)進行采集的必要手段，常見的務(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、最經(jīng)濟的通訊方式，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支持無協(xié)議通訊模式，即不使用固定協(xié)議、協(xié)議不經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過通信端口輸入指令（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個字節(jié)，其中包括起始碼、最大長度數(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關(guān)SW4、SW5控制。當(dāng)串口1使用無協(xié)議通訊時，撥動開關(guān)SW4置為OFF；如果撥動開關(guān)SW4置為ON，則串口1禁止使用無協(xié)議通訊，另外CP1H無協(xié)議通訊的接收結(jié)束標(biāo)志位為A392.14。

自動化倉庫系統(tǒng)檢測到物品到位以后，務(wù)形碼閱讀器對務(wù)形碼數(shù)據(jù)進行讀取，并對讀取的數(shù)據(jù)進行驗證，再經(jīng)過無協(xié)議通訊的方式傳輸至PLC，由PLC控制單元完成對務(wù)形碼數(shù)據(jù)的理解和分析工作。數(shù)據(jù)采集與識別程序流程如圖3所示。

圖3　數(shù)據(jù)采集與識別流程圖

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)以后需要對其進行解釋和分析操作。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能夠識別的十六進制數(shù)據(jù)，存儲在DM區(qū)內(nèi)。然后對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換分析，分別取出務(wù)碼數(shù)據(jù)的每一位與數(shù)據(jù)庫中的信息數(shù)據(jù)庫進行對比，匹配后在標(biāo)志位記“1”，不匹配記“0”。對比完所有的位后得到一系列與務(wù)形碼數(shù)據(jù)位數(shù)一致的二進制數(shù)，將這一系列二進制數(shù)進行“與”運算后，如果得到的是“1”即為真，系統(tǒng)則認為該物品屬于數(shù)據(jù)庫內(nèi)的物品，對其進行入庫操作；如果得到的是“0”即為真，系統(tǒng)則認為該物品不屬于數(shù)據(jù)庫內(nèi)的物品，對其進行剔除操作。可編程控制器對務(wù)形碼數(shù)據(jù)的分析和轉(zhuǎn)換過程如圖4所示。

圖4　條形碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和分析過程

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)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件［3］。由它開發(fā)的上位機監(jiān)控系統(tǒng)可以對倉庫系統(tǒng)的運行情況，故障進行實時監(jiān)控、顯示，并能對相應(yīng)數(shù)據(jù)進行存儲，生成報表，由于其大大縮短了監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)周期，在自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

安裝有MCGS組態(tài)軟件的Windows計算機與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。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。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

通過設(shè)置MCGS數(shù)據(jù)庫中的變量通道，將MCGS的數(shù)據(jù)庫與PLC內(nèi)部存儲單元建立聯(lián)系，通過對PLC的輸入輸出地址進行讀寫操作，得到由PLC采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，以及發(fā)送控制指令到運動單元。例如：PLC的地址100.00為100通道，第00位。MCGS中的監(jiān)控界面要簡單易懂，容易操作，還要直觀形象。上位機監(jiān)控界面如圖6所示。

圖6　用戶監(jiān)控界面

4　系統(tǒng)程序設(shè)計

務(wù)形碼閱讀器檢測到，并讀取務(wù)形碼數(shù)據(jù)以后，通過無協(xié)議通訊方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送到PLC。PLC對務(wù)形碼數(shù)據(jù)進行分析、理解以后，對運動系統(tǒng)進行相應(yīng)的控制。倉庫中物品檢測光電傳感器檢測到物品后，將信號發(fā)反饋到PLC，MCGS組態(tài)軟件通過讀取PLC的輸入輸出地址，獲取立體倉庫的庫存情況，并實時顯示在用戶界面上，為倉庫管理者提供直觀倉庫情況信息。系統(tǒng)程序流程圖如圖7所示。

5　結(jié)論

本設(shè)計完成了該系統(tǒng)的軟、硬件的相關(guān)設(shè)計與設(shè)置，并已完成安裝調(diào)試等工作。試運行期間機械手臂能夠根據(jù)工作人員的需要，準(zhǔn)確的對貨物進行入庫、出庫等操作，并實時的顯示在上位機界面中。對立體倉庫中物品的數(shù)量記錄準(zhǔn)確、及時，已達到設(shè)計要求。本文設(shè)計的控制系統(tǒng)有良好的通用性、實時性和可靠性，特別是調(diào)試方便，操作簡單，有利于進一步提高了立體倉庫的自動化水平和管理水平，具有較高的工程參考價值。

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)的立體倉庫堆垛機PLC控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.組合機床與自動化加工技術(shù)，2015（1）93-96.

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

［3］ 鄒偉，楊平，徐德.基于MCGS組態(tài)軟件的上位機控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.北京：制造業(yè)自動化，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現(xiàn)［J］.四川：計算機應(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)形碼識別系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù)，2010（8）79-81.

［6］ 王雅靜，竇震海.務(wù)碼識別技術(shù)的研究［J］.包裝工程，2008，29（8）：240-243.

［7］ Suesut T，Tipsuwanporn V，Gulphanich S， et al. A design of automatic warehouse for Internet based system［A］.Industrial Technology［C］.2002.IEEE ICIT'02.2002 IEEE International Conference on.IEEE， 2002，1：313-316.

［8］ Sriram T，Rao K V，Biswas S， et al.Applications of barcode technology in automated storage and retrieval systems［A］. Industrial Electronics， Control， and Instrumentation［C］. 1996.，Proceedings of the 1996 IEEE IECON 22nd International Conference on.IEEE，1996，1：641-646.

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，研究方向為機電一體化設(shè)備研究。