基于MCGS與條碼技術的自動化倉庫監控系統研究

孫立新，楊東宇，徐良君，董玉召

（河北工業大學 機械工程學院，天津 300130）

控制技術

基于MCGS與條碼技術的自動化倉庫監控系統研究

孫立新，楊東宇，徐良君，董玉召

（河北工業大學 機械工程學院，天津 300130）

自動化立體倉庫在現代化物流系統中的應用越來越廣泛。針對立體倉庫系統的實際需求，運用MCGS組態軟件、PLC可編程邏輯控制器、條碼技術，設計了一種具有狀態監控和物品檢測功能的自動化立體倉庫系統。該系統提高了倉庫系統的自動化水品和管理水平。

MCGS組態軟件；PLC；條碼識別技術；立體倉庫系統

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，既節省勞動力又大大提高物流效率，在現代化的大型物流倉庫中逐漸獲得越來越多的應用［1］。本文根據自動化立體倉庫的實際需求，基于MCGS全中文組態軟件，設計了一種通用務形碼閱讀器-PLC下位機-MCGS上位機控制的自動化立體倉庫控制系統。

由MCGS組態軟件開發的自動化倉庫監控系統，可以大大縮短系統開發周期，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。該系統實現了機械手臂接受上位機命令，自動實現出、入庫作業的自動化過程，并在上位機用戶界面顯示作業動作的實時畫面。

1　系統的組成和功能

1.1系統的組成

本系統的結構部分由多層貨架和三自由度物料轉運機械手臂組成，控制系統采用OMRON CP1H可編程邏輯控制器作為下位機，北京昆侖通態工控組態軟件MCGS 6.2通用版開發的用戶界面作為上位機，廣州優庫電子公司YOKO-8120全向多線務形碼閱讀器作為系統的數據采集單元，反射式光電傳感器作為倉庫物品檢測單元。系統的總體結構如圖1所示。

圖1　全自動倉庫系統總體結構

1.2系統的功能

自動化倉庫系統，通過對物品務形碼的讀取、識別，完成對數據的采集，通過串行端口傳輸到PLC中，PLC對數據進行分析、理解后，通過驅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值形式發送到MCGS監控軟件，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生成倉庫數據報表。直接操作MCGS組態軟件用戶界面的物品虛擬按鈕，上位機即發送指令到PLC，PLC再驅動機械手臂運動，便可對倉庫中物品進行取、轉移等操作。

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

2　條形碼數據的采集與識別

2.1條形碼數據的采集

務形碼已經被廣泛用于工業和業務部門相關的汽車、電子、食品加工、貨物復合物、運費、保險、郵政、制藥、出版社、零售環境等等。務形碼記錄了物品的參數信息，通過對務形碼數據的識別得到物品的全部信息，進而對物品進行相應的操作。使用務形碼閱讀器是對務形碼數據進行采集的必要手段，常見的務形碼閱讀器一般由光源、光學透鏡、光電轉換器、放大整形電路和譯碼接口電路做成。務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、最經濟的通訊方式，因此在務形碼閱讀器和PLC構成的數據采集系統中選用串行接口連接方式。本文選用YOKO-6120型通用務形碼閱讀器作為務形碼數據采集單元，其RS232C接口形式為標準的DB9定義，Male型，歐姆龍PLC選件板CP1W-CIF01的串行通訊接口為DB9，Female型。

OMRON CP1H型PLC支持無協議通訊模式，即不使用固定協議、協議不經過數據轉換，通過通信端口輸入指令（RXD指令）接收數據，輸出指令（TXD指令）發送數據，務形碼閱讀器與PLC的數據傳輸采用無協議通訊方式。采用上述通信方式發送或接受數據幀的最大量為259個字節，其中包括起始碼、最大長度數據碼、結束碼。

CP1H的通信方式由CPU單元的前面板上的撥碼開關SW4、SW5控制。當串口1使用無協議通訊時，撥動開關SW4置為OFF；如果撥動開關SW4置為ON，則串口1禁止使用無協議通訊，另外CP1H無協議通訊的接收結束標志位為A392.14。

自動化倉庫系統檢測到物品到位以后，務形碼閱讀器對務形碼數據進行讀取，并對讀取的數據進行驗證，再經過無協議通訊的方式傳輸至PLC，由PLC控制單元完成對務形碼數據的理解和分析工作。數據采集與識別程序流程如圖3所示。

圖3　數據采集與識別流程圖

2.2條形碼數據的解釋

PLC在接收到務形碼數據以后需要對其進行解釋和分析操作。務形碼閱讀器輸出的務形碼數據是ASCII碼形式的，不符合PLC內部的數據格式。首先將ASCII碼轉換為PLC能夠識別的十六進制數據，存儲在DM區內。然后對數據進行轉換分析，分別取出務碼數據的每一位與數據庫中的信息數據庫進行對比，匹配后在標志位記“1”，不匹配記“0”。對比完所有的位后得到一系列與務形碼數據位數一致的二進制數，將這一系列二進制數進行“與”運算后，如果得到的是“1”即為真，系統則認為該物品屬于數據庫內的物品，對其進行入庫操作；如果得到的是“0”即為真，系統則認為該物品不屬于數據庫內的物品，對其進行剔除操作。可編程控制器對務形碼數據的分析和轉換過程如圖4所示。

圖4　條形碼數據轉換和分析過程

3　MCGS組態監控

MCGS（Monitor and Control Generated System，通用監控系統）是用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件［3］。由它開發的上位機監控系統可以對倉庫系統的運行情況，故障進行實時監控、顯示，并能對相應數據進行存儲，生成報表，由于其大大縮短了監控系統的開發周期，在自動化領域有著廣泛的應用。

安裝有MCGS組態軟件的Windows計算機與PLC連接的方式采用標準的DB9串行通訊接口連接，通信方式選用HOST Link。在PLC端口設置窗口下，設置其通信參數為：COM2，波特率9600，數據位7，停止位2，偶校驗。在MCGS組態軟件設備窗口下建立通用串口父設備，在父設備下添加OMRON HOST Link，其通信參數設置為：COM4，波特率9600，數據位7，停止位2，偶校驗。MCGS組態軟件中的設置如圖5所示。

圖5　MCGS的通信設置

通過設置MCGS數據庫中的變量通道，將MCGS的數據庫與PLC內部存儲單元建立聯系，通過對PLC的輸入輸出地址進行讀寫操作，得到由PLC采集到的現場數據，以及發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中的監控界面要簡單易懂，容易操作，還要直觀形象。上位機監控界面如圖6所示。

圖6　用戶監控界面

4　系統程序設計

務形碼閱讀器檢測到，并讀取務形碼數據以后，通過無協議通訊方式，將數據發送到PLC。PLC對務形碼數據進行分析、理解以后，對運動系統進行相應的控制。倉庫中物品檢測光電傳感器檢測到物品后，將信號發反饋到PLC，MCGS組態軟件通過讀取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。系統程序流程圖如圖7所示。

5　結論

本設計完成了該系統的軟、硬件的相關設計與設置，并已完成安裝調試等工作。試運行期間機械手臂能夠根據工作人員的需要，準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量記錄準確、及時，已達到設計要求。本文設計的控制系統有良好的通用性、實時性和可靠性，特別是調試方便，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　系統程序流程圖

［1］ 劉魯，常曉玲.基于工業控制網絡的立體倉庫堆垛機PLC控制系統設計［J］.組合機床與自動化加工技術，2015（1）93-96.

［2］ 孫憲明，金立軍.基于一般務形碼閱讀器實現PLC數據采集與識別的應用設計［J］.自動化技術與應用，2007（26）29-31.

［3］ 鄒偉，楊平，徐德.基于MCGS組態軟件的上位機控制系統設計［J］.北京：制造業自動化，2008（12）103-108.

［4］ 方彥軍，戚宇君.基于MCGS組態軟件的嵌入式串口通信的實現［J］.四川：計算機應用，2003（29）9-11.

［5］ 鄒律龍，張世亮.MT- 506觸摸屏在生產物流務形碼識別系統中的應用［J］.裝備制造技術，2010（8）79-81.

［6］ 王雅靜，竇震海.務碼識別技術的研究［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備研究。