基于PLC的倉(cāng)庫(kù)燈光指引系統(tǒng)

江旭 朱曉覓

摘要：本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于可編程邏輯控制器（Programmable?Logic?Controller，PLC）的倉(cāng)庫(kù)燈光指引系統(tǒng)，即利用燈光指引位置進(jìn)行定位。該系統(tǒng)適用性廣泛，不僅在倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)內(nèi)使用，還可以應(yīng)用在其他行業(yè)，為提高效率發(fā)揮重要作用。設(shè)計(jì)聲光指引系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)客戶端數(shù)據(jù)采集，客戶端和下位機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸，以及下位機(jī)對(duì)LED燈進(jìn)行驅(qū)動(dòng)等功能。最后，系統(tǒng)利用不同燈號(hào)的不同顏色，表示不同功能的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：聲光指引??可編程邏輯控制器??貨物智能化管理??通信協(xié)議

中圖分類號(hào)：TP273

The?Warehouse?Lighting?Guidance?System?Based?on?the?PLC

JIANG?Xu1??ZHU?Xiaomi2

（1.Hubei?Qingjiang?Hydropower?Development?Co.，?Ltd.；2.China?Three?Gorges?High-Tech?Information?Technology?Co.，?Ltd.，?Yichang，?Hubei?Province，?443000?China）

Abstract：With?the?development?of?Internet?of?Things?technology，?enterprises?can?further?realize?intelligent?management，?improve?production?efficiency?and?reduce?production?costs.?Although?the?system?combining?the?database?and?the?barcode?can?realize?the?intelligent?management?of?goods，?it?is?difficult?to?accurately?find?the?storage?location?of?materials?when?sorting?and?placing?large?quantities?of?materials，?resulting?in?the?significant?reduction?of?operation?efficiency.?This?paper?designs?a?warehouse?lighting?guidance?system?based?on?the?programmable?logic?controller?（PLC），?which?uses?lighting?to?guide?locations?for?positioning.?The?system?has?a?wide?range?of?applicability，?which?is?not?only?used?in?the?warehousing?industry?but?also?in?other?industries，?and?it?plays?an?important?role?in?improving?efficiency.?The?lighting?guidance?system?includes?three?modules：?the?human-computer?interaction?module，?the?data?processing?module?and?the?execution?module，?and?two?communication?protocols：?PROFINET?and?RS485.?The?design?of?the?acousto-optic?guidance?system?can?realize?the?functions?of?the?collection?of?client?data，?the?data?transmission?between?the?client?and?the?lower?computer，?and?the?driving?of?the?LED?light?by?the?lower?computer.?Finally，?the?system?uses?the?different?colors?of?different?light?signals?to?indicate?the?status?of?different?functions.

Key?Words：Acousto-optic?guidance;?Programmable?logic?controller;?Intelligent?cargo?management;?Communication?protocol

傳統(tǒng)貨架在物資管理中是不可或缺的重要組件，當(dāng)倉(cāng)庫(kù)規(guī)模不斷擴(kuò)大，貨架數(shù)量、物資種類、物資樣式逐漸增多，物資的定位便成為了最大痛點(diǎn)。本次研究的主要目的是采用基于可編程邏輯控制器（Programmable?Logic?Controller，PLC）的控制器構(gòu)建一套倉(cāng)庫(kù)燈光指引系統(tǒng)，對(duì)倉(cāng)庫(kù)物資進(jìn)行快速定位并進(jìn)行燈光指引。

1??概述

基于PLC[1]的倉(cāng)庫(kù)燈光指引系統(tǒng)，即在傳統(tǒng)的倉(cāng)庫(kù)之中引入智能燈光引導(dǎo)功能，實(shí)現(xiàn)智能化指引倉(cāng)庫(kù)物資的出入庫(kù)和查詢等功能，使得倉(cāng)庫(kù)工作人員更高效地準(zhǔn)確完成倉(cāng)庫(kù)的作業(yè)工作。

倉(cāng)庫(kù)的貨物存置類型可以分為兩類，分別是稀疏型和緊密型。其中稀疏型倉(cāng)庫(kù)的貨物較大、位置較寬敞，倉(cāng)庫(kù)工作人員可以較容易對(duì)貨物進(jìn)行查找；而緊密型倉(cāng)庫(kù)的貨物擺放排列較為緊湊，工作人員對(duì)貨物的查找相對(duì)復(fù)雜，需要仔細(xì)盤點(diǎn)。本文針對(duì)的是在緊密型倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行LED燈指引定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[2]。

2??研究?jī)?nèi)容

本文基于PLC，設(shè)計(jì)三個(gè)模塊：人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、執(zhí)行模塊；模塊間使用兩個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議：PROFINET、RS485。

人機(jī)交互界面采用西門子TP2200，精智面板21.5寸，1?600萬色LED背光，16：9寬屏顯示。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)通信采用現(xiàn)場(chǎng)總線PROFINET[3]。

數(shù)據(jù)處理模塊與執(zhí)行模塊采用主從模式RS485總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

執(zhí)行模塊采用分布式IO連接LED燈，不同顏色分別對(duì)應(yīng)位置作業(yè)的不同功能。

3??系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

燈光指引系統(tǒng)，通過人機(jī)交換界面輸入或掃碼槍掃碼獲取信息后，系統(tǒng)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理從而做出相應(yīng)的命令，對(duì)不同作業(yè)位置不同功能的LED燈進(jìn)行點(diǎn)亮，對(duì)用戶的倉(cāng)庫(kù)作業(yè)進(jìn)行引導(dǎo)[4]。

3.1人機(jī)交互模塊

人機(jī)交互模塊由掃碼槍、西門子TP2200精智面板觸摸屏組成，21.5寸1?600萬色LED背光，16：9寬屏顯示，主要用來進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，執(zhí)行出庫(kù)、入庫(kù)、系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)可視化等數(shù)據(jù)傳輸[5]。

3.2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(chǎng)總線通信協(xié)議PROFINET與人機(jī)交互模塊進(jìn)行通信，獲取人員操作信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，引導(dǎo)、分配空余位置。

3.3執(zhí)行模塊

執(zhí)行模塊由數(shù)個(gè)遠(yuǎn)程IO模塊、LED燈組成，每個(gè)遠(yuǎn)程IO模塊最大支持32個(gè)節(jié)的輸出模塊擴(kuò)展，接線采用共陰極接線方法控制燈帶，根據(jù)分配的位置進(jìn)行燈光的指引。

4??系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案

4.1掃碼槍接入PROFINET系統(tǒng)

掃碼槍的通信接口多為RS232通信接口，RS232接口又稱COM口，標(biāo)準(zhǔn)串口，通常可以直連電腦設(shè)備。使用接口時(shí)，需要串口工具才可以正常輸出，如串口調(diào)試助手、超級(jí)終端等工具，不需要安裝驅(qū)動(dòng)，支持指令觸發(fā)。在該系統(tǒng)中，我們通過網(wǎng)關(guān)將掃碼槍接入

PROFINET系統(tǒng)中，將掃碼槍掃描到的條形碼信息上傳到PN網(wǎng)絡(luò)主站，以西門子PLC1200作為PN主站，網(wǎng)關(guān)PN側(cè)作為PROFINET?IO，網(wǎng)關(guān)RS232側(cè)作為串口從站用來接收掃碼槍上傳的條形碼信息[6]。

4.2系統(tǒng)鏈接

西門子1200PLC通過PN專用網(wǎng)線與網(wǎng)關(guān)PN接口相連，RS232接口與掃描槍RS232口相連。RS232通信線需要注意：由于掃描槍RS232引腳定義為2TD3RXD5GND，網(wǎng)關(guān)RS232引腳也為2TD3XD5GND，故掃描槍與網(wǎng)關(guān)RS232之間需要加條RS232交叉串口線，一頭是針與掃描槍相連，另一頭是孔與網(wǎng)關(guān)RS232口相連。

4.3工程配置：GSD文件導(dǎo)入

（1）打開博圖（當(dāng)前使用的是博圖V16專業(yè)版），點(diǎn)擊項(xiàng)目→新建，輸入工程名稱后創(chuàng)建。

（2）選擇網(wǎng)絡(luò)視圖，在右側(cè)硬件目錄中選擇對(duì)應(yīng)的CPU型號(hào)雙擊加到工程。

（3）在選項(xiàng)菜單列選擇“安裝設(shè)備描述文件”。

（4）在網(wǎng)關(guān)的官網(wǎng)上下載GSD文件后進(jìn)行安裝。

（5）加入工程，如圖4所示。

（6）添加PROFINET網(wǎng)絡(luò)。選中CPU以太網(wǎng)接口，點(diǎn)擊右鍵添加子網(wǎng)，然后選中PN-G2-RS232“未分配”3個(gè)藍(lán)色字選擇PLC_1.PROFINET接口。

（7）對(duì)CPU側(cè)的PROFINET地址進(jìn)行配置。雙擊CPU進(jìn)入設(shè)備視圖，單擊選中CPU的

PROFINET接口，在接口常規(guī)里設(shè)置以太網(wǎng)地址。

（8）配置PN-G2-RS232側(cè)PROFINET地址。通過點(diǎn)擊設(shè)備進(jìn)入設(shè)備視圖，單擊PROFINET接口對(duì)其進(jìn)行選中操作，在此處進(jìn)行通信設(shè)置即設(shè)置以太網(wǎng)地址（此地址必須與CPU地址在同一網(wǎng)段內(nèi)，一般PLC會(huì)自動(dòng)分配）。

（9）配置PN-G2-RS232的RS232/485接口。點(diǎn)擊模塊進(jìn)行屬性設(shè)置，針對(duì)模塊參數(shù)項(xiàng)，進(jìn)行設(shè)置RS232/485波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位以及停止位。波特率支持57.6K、38.4K、19.2K、9.6K、4?800、2?400。

數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位：8數(shù)據(jù)位無校驗(yàn)1停止位。

8數(shù)據(jù)位偶校驗(yàn)1停止位。

8數(shù)據(jù)位奇校驗(yàn)1停止位等。

模式：設(shè)置成Slave時(shí)，網(wǎng)關(guān)上電進(jìn)入準(zhǔn)備接收狀態(tài)，適用于網(wǎng)關(guān)232/485接口首先接收到請(qǐng)求后響應(yīng)或網(wǎng)關(guān)只接收請(qǐng)求的場(chǎng)景（收發(fā)、收收），接掃描槍時(shí)需配置成Slave模式。

PN?離線：設(shè)置成RUN時(shí)，當(dāng)PN掉線串口232/485輸出仍發(fā)送。

設(shè)置成STOP時(shí)，當(dāng)PN掉線串口232/485輸出停止發(fā)送。

發(fā)送時(shí)間間隔可選：100?ms、200?ms、400?ms、600?ms、800?ms、1?s等。

（10）IO配置。

選中相應(yīng)的插槽，在右側(cè)的硬件配置選擇模塊→D→in16?Bytes雙擊加入配置中，同理加入Out16?Bytes。

為PN-G2-RS232網(wǎng)關(guān)分配設(shè)備名：PN-G2-RS232/485網(wǎng)關(guān)作為一個(gè)PROFINET從站，在使用時(shí)需要給每個(gè)從站分配設(shè)備名，PROFINET主站以此來對(duì)從站進(jìn)行區(qū)分，硬件組態(tài)中的設(shè)備名必須與PROFINET從站的名稱相同，否則無法正常通信。方法如下所示：首先在PN-G2-RS232/485的設(shè)備視圖中，為該模塊設(shè)置設(shè)備名稱，也可保持默認(rèn)名稱，這里將該模塊命名為pn-rs232-gateway（需使用小寫字母、數(shù)字格式設(shè)備名），將設(shè)備名下載到網(wǎng)關(guān)中，將

PC機(jī)通過網(wǎng)線與PN-G2-RS232網(wǎng)關(guān)連接好，并為PC機(jī)分配一個(gè)IP地址[7]。在設(shè)備視圖中選中網(wǎng)關(guān)圖標(biāo)，點(diǎn)擊在線或分配設(shè)備名稱；在網(wǎng)關(guān)設(shè)備視圖添加輸入字節(jié)用來接收來自掃描槍的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度配置按照掃描槍支持的字節(jié)長(zhǎng)度自主調(diào)整。添加一條16wod即32Byte長(zhǎng)度的輸入。

4.4工程調(diào)試

將工程下載到PLC中，模塊的SYS、CFG、RUN燈均為綠色長(zhǎng)亮代表PN通信正常，每當(dāng)掃描槍掃描一次條形碼，掃描槍232口就會(huì)向網(wǎng)關(guān)232接口發(fā)送一次條形碼數(shù)據(jù)，通過博途軟件的監(jiān)控表監(jiān)測(cè)條形碼數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型需要設(shè)置成字符型顯示。

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PLC控制器與遠(yuǎn)程IO內(nèi)部串口功能實(shí)現(xiàn)。控制器的串口資源數(shù)是有限的，應(yīng)該通過合理高效地利用串口資源從而對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行提升。串口通信協(xié)議通常包括兩種：RS-232和RS-485。在通信模式方面，RS-232進(jìn)行一對(duì)一的點(diǎn)到點(diǎn)通信，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)采用的是相互獨(dú)立的物理信道，從而實(shí)現(xiàn)全雙工；而RS-485則是一對(duì)多的點(diǎn)到面通信，一個(gè)上位機(jī)會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)下位機(jī)，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)共用一個(gè)物理信道，實(shí)現(xiàn)的是半雙工。

在通信距離方面，出于兩種通信的方式不同，RS-232存在共地噪音，沒有共模抑制能力，而RS485總線通信則是平衡式發(fā)送，有良好的共模抑制能力。因此兩種發(fā)射方式的通信距離差距較大，前者僅支持15?m范圍內(nèi)的短距離通信，而后者則支持1?200?m范圍的長(zhǎng)距離通信。

本文考慮遠(yuǎn)程IO模塊通信距離長(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。

5?結(jié)語(yǔ)

倉(cāng)庫(kù)燈光指引系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)作業(yè)全程智能化，為作業(yè)人員提供貨位燈光指引，方便作業(yè)員快速定位貨位位置。引導(dǎo)系統(tǒng)通過不同LED燈的不同顏色表達(dá)不同的作業(yè)功能[8]。

本論文順利完成了倉(cāng)庫(kù)燈光引導(dǎo)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，主要包括以下工作內(nèi)容。

第一，人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)。人機(jī)交互模塊采集工作票條碼數(shù)據(jù)，采用條碼掃碼的方式實(shí)現(xiàn)用戶快捷輸入條碼號(hào)；數(shù)據(jù)封裝，與數(shù)據(jù)處理模塊建立通信，發(fā)送數(shù)據(jù)消息，將采集的數(shù)據(jù)直接發(fā)送數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行校驗(yàn)，并讀取數(shù)據(jù)處理模塊的內(nèi)容展示在觸摸屏上。

第二，數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)處理模塊同時(shí)作為上位機(jī)，采用多種通信協(xié)議與周邊設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)收發(fā)的控制。

第三，執(zhí)行模塊設(shè)計(jì)。通過LED電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)引導(dǎo)功能，接收數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)來的指令。

本論文采用西門子PLC，根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)具體的應(yīng)用需求，針對(duì)性地進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)倉(cāng)庫(kù)作業(yè)人員進(jìn)行引導(dǎo)的功能，初步開發(fā)出了具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的系統(tǒng)，幫助作業(yè)人員更高效、準(zhǔn)確無誤地完成倉(cāng)庫(kù)作業(yè)工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 張?jiān)聵?基于PLC智能倉(cāng)庫(kù)卷簾門的優(yōu)化與設(shè)計(jì)[J].智慧中國(guó)，2023（4）：80-81.

[2] 王有斌.淺談智慧化倉(cāng)庫(kù)管理研究[J].全國(guó)流通經(jīng)濟(jì)，2022（15）：8-10.

[3] 劉士立.?基于Linux的智能倉(cāng)庫(kù)引導(dǎo)系統(tǒng)[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2012.

[4] 程萬青.?B物流公司智慧化倉(cāng)庫(kù)管理研究[D].上海：上海外國(guó)語(yǔ)大學(xué)，2021.

[5] 李林琛.智能按燈揀貨系統(tǒng)在現(xiàn)代企業(yè)物料倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2023（1）：49-54.

[6] 吳凡.?智能倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：華中師范大學(xué)，2019.

[7] 吳曦.?智能可穿戴燈光裝備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2019.

[8] 李珍，谷禹，姚偉嫤，等.智能倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].集成電路應(yīng)用，2023，40（3）：124-125.