基于plc与组态王的货物自动识别控制系统设计

基于plc与组态王的货物自动识别控制系统设计内容摘要：

识别技术的选择与设计 识别技术的选择 条形码识别技术概述 要将按照一定规则编译出来的条形码转换成有意义的信息，需要经历 扫描 和 译码 两个过程。 物体的 颜色 是由其反射光的类型决定的， 白色 物体能反射各种 波长 的 可见光 ， 黑色 物体则吸收各种波长的可见光，所以当条形码扫描器光源发出的光在条形码上反射后，反射光照射到条码扫描器内部的光电转换器 上，光电转换器根据强弱不同的反射光信号，转换成相应的电信号。 根据原理的差异，扫描器可以分为 光笔 、 CCD、 激光 三种。 电信号输出到条码扫描器的 放大电路 增强信号之后，再送到整形电路将 模拟信号 转换成 数字信号。 白条、黑条的宽度不同，相应的电信号持续时间长短也不同。 然后译码器通过测量 脉冲 数字电信号 0 或 1 的数目来判别条和空的数目。 通过测量 0 或 1 信号持续的时间来判别条和空的 宽度。 此时所得到的数据仍然是 杂乱无章 的，要知道条形码所包含的信息，则需根据对应的编码规则，将条形符号换成相应的数字、字符信息。 最后，由 计算机 系统进行数据处理 与管理，物品的详细信息便被识别了。 识别系统的设计 条形码的选择及应用 条码分为一维条码和二维条码。 一维条码只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向上则不表达任何信息。 一个完整的一维条码是由两侧空白区、起始字符、数据字符、校验字符 (可选 )和终止字符及供人识读字符组成，如图 21 所示。 一维条码包括 EAU 码， UPC 码、 EAN138 码、ITF 码、 39 码、库德巴条码、交叉 25 码等。 交叉 25 码是一种“条”和“空”都表示信息的条码，有两种单元宽度，每一个条码字符由五个单元组成，其中 2 个 宽单元， 3 个窄单元。 在 1 个交叉 25 码符号中，组成条码符号的字符个数为偶数，当字符是奇数个时，应在左侧补 0 变为偶数。 条码字符从左到右，奇数位置字符用条表示，偶数位字符用空表示。 交插 25 码的字符集包括数字 0~9。 6 图 21 一维码 一维条码的优点是信息录 人速度快、差错率低，但是也存在一些如信息容量小、条码尺寸相对较大 (空间利用率低 )、条码遭到损坏后不能阅读等不足之处。 不同类型的条码，有不同的码制和编码方法。 条码编码方法有以下两种： ，条码的条 (空 )宽的宽窄设置不同，宽单元表示二进制“ 1”，窄单元表示二进制“ 0”。 39 码、库德巴条码和交叉 25 码属于宽度调节法编码。 ，条码符号中每个条码字符的条与空分别由若干模块组配而成，一个模块宽的条表示二进制“ 1”，一个模块宽的空表示二进制的“ 0”。 通用商品条码 (EAU 码和 UPC 码 )、 93 码 、 EAN128 码属于模块组配法编码。 不同类型的条码有不同的编码容量和字符集。 有些条码仅能表示 10 个字符： 0~9，如交叉 25 码、 EAU 码和 UPC 码；有些条码可表示特殊字符，如库德巴条码。 39 条码可表示数字字符 0~9， 26 个英文字母 (A~Z)以及一些特殊字符。 在条形码阅读器设置前，应先要确定条形码的形式、位数等，如码型是选用 39 码，还是 128 码或其他形式，同时根据产品的各种型号、规格、参数设计定义条形码的位数及每位数值的代表意义。 本设计中选用的条形码为128 码，条形码由 17 位数字组成，每位数字 0~9 分别代表 了不同含义。 128 码开始于 1981 年推出，是一种长度可变、连续性的字母数字条码。 与其他一维条码比较起来， 128 码是较为复杂的条码系统，而其所能支持的字符也相对地比其他一维条码来得多，又有不同的编码方式可供交互运用，因此其使用弹性也较大。 128 码的內容大致也分为起始码、数据码、终止码、校验码等四部分，其中校验码是可有可无的。 Code 128 码可表示从 ASCII 0 到 ASCII 127 共 128 个字符，故称 128 码。 图 22 是 128 码的范例与结果。 128 码具有下列特性： 7 图 22 128 码 A、 B、 C 三种不同的编码类型，可提供标准 ASCII 中 128 个字符的编码使用。 码长度可自由调整，但包括起码和终止码在內，不可超过 232 个字元。 128 码，可以采用不同的方式进行编码。 即由 A、 B、 C 三种不同编码规则的互换可扩大字符选择的范围，也可缩短编码的长度。 128 码的编码方式： 128 码有三种不同类型的编码方式（见表 21），对于选择何种编码方式，则决定于起始码的內容。 表 21 128 码编码类型 起始码 编码类别 逻辑型态 相对值 CODE A 11010000100 103 CODE B 11010010000 104 CODE C 11010011100 105 终止码无论是采用 A、 B、 C 何种编码方式， 128 码的终止码均为固定的一种性能，其逻辑型态皆为 1100011101011。 目前所推行的 128 码是 EAN128 码， EAN128 码是根据 EAN/UCC128 码作为标准将资料转变成条码符号，并采用 128 码逻辑，具有完整性、紧密性、连接性和高可靠度的特性。 信息包括如生产日期、批号、计量等。 可运用于货运标签、携带式资料库、连续性资料段、流通配送标签等。 EAN128 的编码说明如表 22 所示。 8 表 22 EAN128 的编码说明 代号码別 长度 说明 A 应用识別码 18 00代表其后资料內容为运送容器序号，为固定 18 位数字 B 包装性能指示码 1 3代表无定义的包装指示码 C 前置码与公司码 7 9代表 EAN前置码与公司码 D 自行编定序号 1 由公司指定序号 E 检查码 4 检查码 F 应用识別码 20代表其后资料內容为配送邮政码应用于仅有一邮政当局 G 配送邮政码 代表配送邮政码 条形码阅读器的选择及应用 现在使用的一般条形码阅读器大多是为与电脑连接而设计的， 其通讯方式与接口形式多种多样。 由于串行通讯已在 PLC 中成为一种最常用、最经济的通讯方式，因此在条形码阅读器与 PLC 构成的数据采集系统中多选用串行通讯为接口的条形码阅读器。 本文选用 了 一种普通手持式条形码阅读器和 OMRON C200Hα 系列 PLC 为例进行设计研究。 比较 OMRON 为其配备的专用条形码阅读器，虽然采用专用条形码阅读器具有配备简单的优点，但缺乏系统灵活性和通用性，性价比较差。 本文介绍的方法提高了 PLC 在进行条形码数据采集与识别方面的配置灵活性，而不必局限于专用条形码阅读器，适用于所有支持串口通讯的 PLC。 条形码阅读器与 PLC构成的数据采集系统中条形码阅读器用来读取条形码信息，并通过通讯接口将数据上传至 PLC， PLC 负责条形码数据的接收、校验、识别、解释，构成了系统中基础信息采集的一个单元。 通信设计 串行通讯也称为点对点 (point to point)通讯，串行通讯的接口形式通常有三种。 (V .24)接口，最大通信距离 15m，只能连接单个设备。 ()接口，最大通信距离 1200m， RS422 串行口只能接一个设备， RS485 串行口可连接多个 设备。 TTY 接口。 TTY 接口在目前已很少应用。 基于实际应用系统中 RS232C 接口最常用，本系统中选用 RS232C 作为串行通讯接口。 系统的硬件结构示意图，如图 23 所示。 9 图 23 系统硬件连接示意图 PLC串行通讯处理模块支持的串行通讯协议有多种，常见的有支持 ASCII驱动、 3964(R), RK512 协议，特殊的还支持第三方串行通讯协议，如 MODBUS RTU, Date Highway DFl 协议。 在绝大多数的应用中使用 ASCII 驱动，而3964(R), RK512 协议在较早的一些 PLC 系统中有使用，现在则较少使用。 ASCII 驱动包含物理层 (ISO 参考模型第一层 )。 条形码阅读器都支持ASCII 码驱动方式，通常 PLC 要连接的串行口设备需要知道该设备的报文格式，数据请求报文和数据报文，串行口设备在接收到数据请求报文后返回数据报文，但这样的设计应用在 PLC 条形码数据采集系统中不能做到灵活的条形码数据采集，因为需要等待 PLC 的数据请求报文。 在 PLC 的串行通讯中通讯处理单元支持一种称为“无协议通信模式”或“自由端口模式”的通讯方式。 所谓“无协议通信模式”或“自由端口模式”是指 CPU 串行通讯 口可由用户程序控制。 用户可利用发送 /接收中断，发送 /接收指令来控制通讯的操作，实现与打印机、条形码阅读器等设备的通讯。 该方式下 PLC 数据接收缓存区处于激活状态，随时接收条形码阅读器产生的数据报文，并在接收到新数据时寄存器接收标记位产生一个 PLC 扫描周期长度的接收完成脉冲信号，利用该脉冲调用编写的数据采集与识别程序即可实现条形码数据的采集与识别。 按照“无协议通信模式”将两者 RS232C 接口相连，并分别进行通讯协议的设置。 PLC 的串行通讯口通常分为 CPU 模块自带串行通讯端口和专用串行通讯模块，其功能上没有区 别，使用 CPU 自带的串行通讯模块最经济。 各种系列PLC 在串行通讯接口的定义上有一些区别，因此设计通讯接线时要首先了解 10 选用 PLC 串行通讯接口的定义。 条形码阅读器的 RS232C 接口形式为标准的DB25 或 DB9 定义。 本系统中根据 OMRON PLC 对其 S232C 端口 9 芯的定义，其与条形码阅读器的接线形式如图 24 所示。 图中 PLC 串行通讯接口为 型，条形码阅读器的串行通讯接口为 D25. Male 型。 图 24 条形码阅读器与 PLC 串行通信口接 线示意图 条形码阅读器中的通讯设置和帧结构与 PLC的设置相一致才能保证正常通讯。 条形码阅读器的通讯设置通常是使用用户手册中的参数设置条形码来完成，即通过阅读其中的参数设置条形码来设定各种通讯协议。 常用的参数设置条形码有条形码类型、前置符 (Preamble)、后置符 ((Postamble)、 RS232C通讯（包括：数据位、停止位、校验方式、波特率、终端符）。 其中的前置符 ((Preamble)对应 PLC 通讯协议中定义的起始代码，后置符 (Postamble)对应结束代码。 比照上述 PLC 中定义的通讯协议，可设置条形码阅读器中通讯协议为： 条形码类型 128 码，前置符“ S”，后置符“ EN” , 8 位数据位， 1 个停止位，偶校验，波特率 9600b/s，无终端符。 信号源 序号 RXD 2 TXD 3 GND 7 屏蔽 保护 序号 信号名 2 TXD 3 RXD 4 RS 5 CS 9 GND 屏蔽 保护 条形码阅读器 C200Ha 11 3 PLC 的选型与设计 PLC 系统设计 PLC 系统设计原则 任何一种电器控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。 因此，在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则： 1. 最大限度地满足被控对象的控制要求。 设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电器控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。 2. 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。 3. 保证控制系统的安全、可靠。 4. 考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择 PLC 容量时，应适当留有余量。 PLC 控制系统设计的基本内容： PLC 控制系统是由 PLC 与用户输入、输出设备连接而成的。 因此， PLC控制系统设计的基本内容应包括： 1. 选择用户输 入设备 (按钮、操作开关、限位开关、传感器等 )、输出设备 (继电器、接触器、信号灯等执行元件 )以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等 )。 这些设备属于一般的电器元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。 2. PLC 的选择。 PLC 是 PLC 控制系统的核心部件，正确选择 PLC 对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。 选择 PLC 应包括机型的选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。 3. 分配 I/O 点，绘制 I/O 连接图。 4. 设计控制程序。 包括设计梯形图、语句表 (即程序清单 )或控制系 统流程图。 控制程序是控制整个系统工作的条件，是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。 控制系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。 5. 编制控制系统技术文件。 包括说明书、电气图及电器元件明细表等。 传统的电气图，一般包括电气原理图、电气布置图及电气安装。