基于MCGS与条码技术的自动化仓库监控系统研究

孙立新，杨东宇，徐良君，董玉召

（河北工业大学 机械工程学院，天津 300130）

控制技术

基于MCGS与条码技术的自动化仓库监控系统研究

孙立新，杨东宇，徐良君，董玉召

（河北工业大学 机械工程学院，天津 300130）

自动化立体仓库在现代化物流系统中的应用越来越广泛。针对立体仓库系统的实际需求，运用MCGS组态软件、PLC可编程逻辑控制器、条码技术，设计了一种具有状态监控和物品检测功能的自动化立体仓库系统。该系统提高了仓库系统的自动化水品和管理水平。

MCGS组态软件；PLC；条码识别技术；立体仓库系统

0　引言

自动化立体仓库能够按照拟定的入库单和出库单，自动的把货物从入口处搬运到目的货位或从指定货位把物件搬运到出口处，既节省劳动力又大大提高物流效率，在现代化的大型物流仓库中逐渐获得越来越多的应用［1］。本文根据自动化立体仓库的实际需求，基于MCGS全中文组态软件，设计了一种通用务形码阅读器-PLC下位机-MCGS上位机控制的自动化立体仓库控制系统。

由MCGS组态软件开发的自动化仓库监控系统，可以大大缩短系统开发周期，用户界面直观形象，动画界面可以增加趣味性，缓解仓库工作人员的疲劳，而且操作简单。该系统实现了机械手臂接受上位机命令，自动实现出、入库作业的自动化过程，并在上位机用户界面显示作业动作的实时画面。

1　系统的组成和功能

1.1系统的组成

本系统的结构部分由多层货架和三自由度物料转运机械手臂组成，控制系统采用OMRON CP1H可编程逻辑控制器作为下位机，北京昆仑通态工控组态软件MCGS 6.2通用版开发的用户界面作为上位机，广州优库电子公司YOKO-8120全向多线务形码阅读器作为系统的数据采集单元，反射式光电传感器作为仓库物品检测单元。系统的总体结构如图1所示。

图1　全自动仓库系统总体结构

1.2系统的功能

自动化仓库系统，通过对物品务形码的读取、识别，完成对数据的采集，通过串行端口传输到PLC中，PLC对数据进行分析、理解后，通过驱动上下物料机械手臂的运动，将物品存放到仓库的指定位置。并将仓库中情况通过图像或数值形式发送到MCGS监控软件，仓库管理员可通过上位机界面了解仓库的运行、库存等详细情况，并可由MCGS生成仓库数据报表。直接操作MCGS组态软件用户界面的物品虚拟按钮，上位机即发送指令到PLC，PLC再驱动机械手臂运动，便可对仓库中物品进行取、转移等操作。

仓库管理者可以通过在由MCGS组态软件开发的上位机界面中实时观测仓库系统的库存分布、搬运机械手的运行情况、异常报警等。

2　条形码数据的采集与识别

2.1条形码数据的采集

务形码已经被广泛用于工业和业务部门相关的汽车、电子、食品加工、货物复合物、运费、保险、邮政、制药、出版社、零售环境等等。务形码记录了物品的参数信息，通过对务形码数据的识别得到物品的全部信息，进而对物品进行相应的操作。使用务形码阅读器是对务形码数据进行采集的必要手段，常见的务形码阅读器一般由光源、光学透镜、光电转换器、放大整形电路和译码接口电路做成。务形码阅读器的原理如图2所示。

图2　条形码阅读器工作原理

由于串行通讯在PLC中是一种最常见、最经济的通讯方式，因此在务形码阅读器和PLC构成的数据采集系统中选用串行接口连接方式。本文选用YOKO-6120型通用务形码阅读器作为务形码数据采集单元，其RS232C接口形式为标准的DB9定义，Male型，欧姆龙PLC选件板CP1W-CIF01的串行通讯接口为DB9，Female型。

OMRON CP1H型PLC支持无协议通讯模式，即不使用固定协议、协议不经过数据转换，通过通信端口输入指令（RXD指令）接收数据，输出指令（TXD指令）发送数据，务形码阅读器与PLC的数据传输采用无协议通讯方式。采用上述通信方式发送或接受数据帧的最大量为259个字节，其中包括起始码、最大长度数据码、结束码。

CP1H的通信方式由CPU单元的前面板上的拨码开关SW4、SW5控制。当串口1使用无协议通讯时，拨动开关SW4置为OFF；如果拨动开关SW4置为ON，则串口1禁止使用无协议通讯，另外CP1H无协议通讯的接收结束标志位为A392.14。

自动化仓库系统检测到物品到位以后，务形码阅读器对务形码数据进行读取，并对读取的数据进行验证，再经过无协议通讯的方式传输至PLC，由PLC控制单元完成对务形码数据的理解和分析工作。数据采集与识别程序流程如图3所示。

图3　数据采集与识别流程图

2.2条形码数据的解释

PLC在接收到务形码数据以后需要对其进行解释和分析操作。务形码阅读器输出的务形码数据是ASCII码形式的，不符合PLC内部的数据格式。首先将ASCII码转换为PLC能够识别的十六进制数据，存储在DM区内。然后对数据进行转换分析，分别取出务码数据的每一位与数据库中的信息数据库进行对比，匹配后在标志位记“1”，不匹配记“0”。对比完所有的位后得到一系列与务形码数据位数一致的二进制数，将这一系列二进制数进行“与”运算后，如果得到的是“1”即为真，系统则认为该物品属于数据库内的物品，对其进行入库操作；如果得到的是“0”即为真，系统则认为该物品不属于数据库内的物品，对其进行剔除操作。可编程控制器对务形码数据的分析和转换过程如图4所示。

图4　条形码数据转换和分析过程

3　MCGS组态监控

MCGS（Monitor and Control Generated System，通用监控系统）是用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件［3］。由它开发的上位机监控系统可以对仓库系统的运行情况，故障进行实时监控、显示，并能对相应数据进行存储，生成报表，由于其大大缩短了监控系统的开发周期，在自动化领域有着广泛的应用。

安装有MCGS组态软件的Windows计算机与PLC连接的方式采用标准的DB9串行通讯接口连接，通信方式选用HOST Link。在PLC端口设置窗口下，设置其通信参数为：COM2，波特率9600，数据位7，停止位2，偶校验。在MCGS组态软件设备窗口下建立通用串口父设备，在父设备下添加OMRON HOST Link，其通信参数设置为：COM4，波特率9600，数据位7，停止位2，偶校验。MCGS组态软件中的设置如图5所示。

图5　MCGS的通信设置

通过设置MCGS数据库中的变量通道，将MCGS的数据库与PLC内部存储单元建立联系，通过对PLC的输入输出地址进行读写操作，得到由PLC采集到的现场数据，以及发送控制指令到运动单元。例如：PLC的地址100.00为100通道，第00位。MCGS中的监控界面要简单易懂，容易操作，还要直观形象。上位机监控界面如图6所示。

图6　用户监控界面

4　系统程序设计

务形码阅读器检测到，并读取务形码数据以后，通过无协议通讯方式，将数据发送到PLC。PLC对务形码数据进行分析、理解以后，对运动系统进行相应的控制。仓库中物品检测光电传感器检测到物品后，将信号发反馈到PLC，MCGS组态软件通过读取PLC的输入输出地址，获取立体仓库的库存情况，并实时显示在用户界面上，为仓库管理者提供直观仓库情况信息。系统程序流程图如图7所示。

5　结论

本设计完成了该系统的软、硬件的相关设计与设置，并已完成安装调试等工作。试运行期间机械手臂能够根据工作人员的需要，准确的对货物进行入库、出库等操作，并实时的显示在上位机界面中。对立体仓库中物品的数量记录准确、及时，已达到设计要求。本文设计的控制系统有良好的通用性、实时性和可靠性，特别是调试方便，操作简单，有利于进一步提高了立体仓库的自动化水平和管理水平，具有较高的工程参考价值。

图7　系统程序流程图

［1］ 刘鲁，常晓玲.基于工业控制网络的立体仓库堆垛机PLC控制系统设计［J］.组合机床与自动化加工技术，2015（1）93-96.

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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

孙立新（1964 -），男，河北承德人，教授，博士，研究方向为机电一体化设备研究。