基于PLC的票據(jù)柜聲光指引系統(tǒng)

【摘" 要】 針對傳統(tǒng)工作票存取柜的存取效率底等問題，設(shè)計了一種基于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、觸摸屏、語音播報器、音響、燈帶、遠(yuǎn)程IO模塊等板塊進行設(shè)計。經(jīng)測試證明，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，安全可行，具有巨大的推廣價值。

【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，自動化設(shè)備在各個領(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查找和存放票據(jù)。這種方式容易出現(xiàn)錯誤且操作繁瑣，需要花費大量時間。特別是在需要頻繁訪問和更新票據(jù)的情況下，時間消耗更加明顯。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)的混亂和錯位。為了解決手動操作繁瑣、時間消耗較大、空間占用較大、查找困難這些問題，設(shè)計開發(fā)了利用聲音和光線來進行指引的系統(tǒng)，該系統(tǒng)對引導(dǎo)用戶進行操作提供了直觀的操作指示。本文設(shè)計了適用于中、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。

人機交互系統(tǒng)：對用戶票據(jù)數(shù)據(jù)進行采集，并將獲取的數(shù)據(jù)信號傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：主要對采集到的數(shù)據(jù)進行分析，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)過分析處理，發(fā)送到各個輸出點，進行聲光指引。

（二）系統(tǒng)的工作原理

工作票存取柜通過智能化的聲音和燈光指示，簡化了操作流程，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，通過聲音和燈光設(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)計提供了一種直觀、高效的方式來管理和存取工作票，也具有對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，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)場打印，在系統(tǒng)觸摸屏上點擊打印二維碼設(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)過掃描槍識別，系統(tǒng)自動分配空閑位置，同時啟動語音播報“請存101號”和燈光指引，屏幕也會通過文字提示空閑位置，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)過掃描槍識別，系統(tǒng)自動查詢到需要取出工作票的位置，同時啟動語音播報“請取101號”和燈光指引，屏幕也會通過文字提示取出位置，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

系統(tǒng)以PLC為控制核心實現(xiàn)對指示燈等的信號處理，主要由PLC S7-1200、觸摸屏、二維碼打印機、二維碼掃碼槍、遠(yuǎn)程IO模塊、語音播報器、指示燈等組成，具有自動分配、智能化等特點。PLC主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進行處理，并輸出相應(yīng)信號與外圍設(shè)備組態(tài)通信，觸摸屏用來人機交互，進行用戶的系統(tǒng)設(shè)置及狀態(tài)查詢等相關(guān)操作，打印機主要用于執(zhí)行用戶打印操作。掃碼槍主要用于識別二維碼，將識別到的信息發(fā)送到PLC。指示燈、語音播報主要用于執(zhí)行聲光指引系統(tǒng)。

（一）網(wǎng)絡(luò)通訊

整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，采用RS485與Profinet兩種通訊協(xié)議，數(shù)個遠(yuǎn)程IO模塊用RS485通訊，遠(yuǎn)程IO模塊數(shù)量眾多，通過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，實現(xiàn)一臺PLC多臺控制器的管理和通訊。

Profinet支持實時通信，可以實現(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制，可以根據(jù)應(yīng)用需求動態(tài)分配帶寬，確保實時通信的可靠性和穩(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，無需額外的硬件或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。同時，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。它采用開放的通信架構(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)的擴展和升級。

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。它支持與其他自動化設(shè)備和系統(tǒng)的集成，如PLC、HMI、MES等，實現(xiàn)信息的無縫傳輸和共享。Profinet提供了多種安全機制，如數(shù)據(jù)加密、訪問控制等，保護通信數(shù)據(jù)的機密性和完整性。

（二）人機交互模塊

人機交互模塊由掃碼槍、條碼打印機、西門子TP2200精智面板觸摸屏組成，21.5寸1600萬色LED背光，16：9寬屏顯示，主要用來進行數(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，通過現(xiàn)場總線通信協(xié)議Profinet與人機交互模塊進行通訊，獲取人員操作信息進行數(shù)據(jù)處理，分配空余存放票據(jù)位置。

（四）執(zhí)行模塊

執(zhí)行模塊由語音播報器、數(shù)個遠(yuǎn)程IO模塊、燈帶組成，每個遠(yuǎn)程IO模塊最大支持32個節(jié)的輸入輸出模塊擴展，接線采用共陰極接線方法來控制燈帶，語音播報器根據(jù)分配的倉位號進行對倉位號的播報。

（五）單點通信RS-232與多點通信RS485選擇

PLC與遠(yuǎn)程IO通信主要是通過PLC控制器與遠(yuǎn)程IO內(nèi)部串口功能實現(xiàn)。控制器串口資源數(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是一對一的點到點通信，收發(fā)數(shù)據(jù)采用獨立的物理信道，實現(xiàn)全雙工通信：RS-485是一對多的通信，一個上位機對應(yīng)多個下位機，收發(fā)數(shù)據(jù)共用同一個物理信道，實現(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1200米。

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

（六）系統(tǒng)的功能定義

本系統(tǒng)舍去了傳感器系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的紙張存放數(shù)據(jù)完全靠PLC算法來計算，去掉傳統(tǒng)傳感器，使系統(tǒng)非常緊湊，維護成本極低。

分析整個系統(tǒng)，每個票據(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FC塊，用來存放每個票據(jù)存放格的數(shù)據(jù)，每10個字節(jié)的地址長度作為一個票據(jù)存放格的數(shù)據(jù)儲存地址，當(dāng)系統(tǒng)進行初始化（清空所有格子內(nèi)數(shù)據(jù)，所有燈帶紅燈閃爍）的時候，釋放整個FC塊內(nèi)的信息，所有格子為空狀態(tài)，然后存放單據(jù)的時候經(jīng)過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)進行儲存，將該地址數(shù)據(jù)改為滿，并將對應(yīng)編號的票據(jù)存放格的燈帶點亮10秒，聲音系統(tǒng)啟動，告知使用者票據(jù)格燈帶以點亮為綠色，請存放。

當(dāng)使用者要取出指定票據(jù)時，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塊中所有地址進行對比，對比成功后，將對比找到的地址數(shù)據(jù)清空，對應(yīng)的票據(jù)存放格燈帶點亮10秒，聲音系統(tǒng)啟動，告知使用者票據(jù)格燈帶以點亮為綠色，請取出。

基于PLC的票據(jù)柜燈光指引系統(tǒng)設(shè)計以下功能：（1）客戶通過人機交互界面或掃碼槍、條碼打印機進行取票、存票操作，通過現(xiàn)場總線通訊將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊。（2）數(shù)據(jù)處理模塊對數(shù)據(jù)進行分析，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)通過現(xiàn)場總線通訊發(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)動燈帶、語音播報器，實現(xiàn)點亮和熄滅燈帶，倉位號播報。（4）系統(tǒng)功能與票據(jù)柜現(xiàn)場需求相對應(yīng)，設(shè)計紅色燈帶對應(yīng)入庫功能，藍色燈帶對應(yīng)出庫功能。

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、整票時間。

2. 按照工作票號順序存放，斷電、故障時查找方便。

3. 掃碼亮燈提示，快速準(zhǔn)確定位。

4. 存儲數(shù)據(jù)可保存。

5. 副柜功能，預(yù)留接口，一個主機可兼容多套副柜。

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

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

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)會分配一個空格子，提示燈閃爍，提示格子位置，小屏幕顯示格子編號。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。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)存儲記憶功能，以保證來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. 可以對單個或者多個勾選的格子進行清空操作，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. 所有清空功能通過觸摸屏軟件界面實現(xiàn)。觸摸屏軟件界面包括：系統(tǒng)運行狀態(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，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，說明系統(tǒng)未到達正常狀態(tài)。

16. 通過掃描器分配的格子，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，按照文件的生成時間，從小到大遞增，不會重復(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，也可以按照編號大小，選擇跳過或不跳過中間的空格。另一種文件，是沒有編號的，可以通過條碼機，打印條碼，粘貼上去進行識別，一式兩份。

四、總結(jié)

智能票據(jù)柜引導(dǎo)系統(tǒng)，實現(xiàn)工作票作業(yè)全程智能化，為檢修作業(yè)人員提供倉位聲光指引，方便檢修作業(yè)員快速定位倉位位置。引導(dǎo)系統(tǒng)通過不同LED燈的不同顏色和聲音來表達不同的作業(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，實現(xiàn)了對檢修作業(yè)員的引導(dǎo)功能，初步開發(fā)出了具有實際應(yīng)用價值的系統(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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