基于PLC与组态王的货物自动识别控制系统设计 - 图文

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山东农业大学

毕 业 论 文

基于PLC与组态王的货物自动识别控制系统设计

院 部 专业班级 届 次 学生姓名 学 号 指导教师

二O 一О 年 六 月十 日

目录

摘要 ............................................................ I ABSTRACT ....................................................... II 引言 ............................................................ 1 1系统设计 ...................................................... 2 1.1 货物识别系统简介 ......................................... 2 1.1.1 系统简介 .............................................. 2 1.1.2 系统技术要求 .......................................... 2 1.2 系统的组成与要求 ......................................... 2 1.3 系统运行的选择 ........................................... 4 1.3.1 运行方式 .............................................. 4 1.3.2故障报警 ............................................... 4 2 识别技术的选择与设计 .......................................... 5 2.1 识别技术的选择 ........................................... 5 2.1.1条形码识别技术概述 ..................................... 5 2.2 识别系统的设计 ........................................... 5 2.2.1条形码的选择及应用 ..................................... 5 2.2.2条形码阅读器的选择及应用 ............................... 8 2.3 通信设计 ................................................. 8 3 PLC的选型与设计 ............................................ 11 3.1 PLC系统设计 ............................................. 11 3.1.1 PLC系统设计原则 ...................................... 11 3.1.2 PLC控制系统的硬件设计 ................................ 12 3.1.2.1 PLC的选型 ........................................ 12 3.1.2.2 输入/输出模块的选择 .............................. 12 3.1.2.3 开关量I/O点的节省和模拟量I/O模块的代用 ......... 13 3.1.2.4抗干扰措施 ........................................ 13 3.2 本项目的选型设计 ........................................ 14 3.2.1 PLC本项目的选型 ...................................... 14 3.2.2 本项目的硬件连接 ..................................... 15

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3.3 软件设计 ................................................ 16 3.3.1 整体设计 ............................................. 16 3.3.2 其他处理子程序 ....................................... 17 4 上位机软件实现 ............................................... 20 4.1 监控系统的整体规划 ...................................... 20 4.1.1 监控系统开发的目的 ................................... 20 4.1.2 监控系统开发手段 ..................................... 20 4.1.3 组态王介绍 ........................................... 21 4.2 监控系统的功能模块 ...................................... 22 4.2.1 参数设置模块 ......................................... 22 4.2.2 数据词典设置模块 ..................................... 23 4.2.3 页面设置模块 ......................................... 24 4.2.3.1 首页 ............................................. 24 4.2.3.2 数据页面 ......................................... 25 4.2.3.3 数据页面实时曲线图 ............................... 26 4.2.3.4 报警页面 ......................................... 26 4.2.4 权限设置模块 ......................................... 27 5 结论 ......................................................... 29 参考文献 ....................................................... 31 致谢 ........................................................... 32 附录 ........................................................... 33 附录1 系统硬件连接图 ......................................... 33 附 录 2 PLC控制程序 ........................................ 34 附 录 3 组态王脚本程序 ....................................... 40

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Contents

Abstract…………………………………………………………………………………….Ⅰ Abstract………………………………………………………………………..……………Ⅱ Introduction………………………………………………………………………..…………1 1 System design………………………………………………….…………………………..2 1.1 Goods identification system introduction …….…………..…………………………..2 1.1.1 System Introduction………...………..……………….………………….……….2 1.1.2 System technical requirements………….…...………..………………….……….2 1.2The composition and the requirement of system…………….….……………….…….2 1.3The choose of system operating modes……………………….….………………..…..4 1.3.1 Ooperation mode……………………………….…..…..…………………..…….4 1.3.2Fault alarm………………………………..…………………………….…………4 2 Selection and design of recognition technology………………………………..………….5 2.1The recognition technology ……………………….……………………….………….5 2.1.1 Overview of barcode identification technology …..……...……………..……….5 2.2 The design of recognition system……………………………….…………………….5 2.2.1The selection and application of ammeters code…………….……………..…….5 2.2.2 The selection and application of Bar code reader ………….……………..……..8 2.3 Communication design…………………………………………..………..…………..9 3 The selection and design of PLC…………………………..………………………….…..12 3.1 PLC system design…………………………………...………………………………12 3.1.1 PLC system design principles…………………..………….……….…………..12 3.1.2The hardware ‘s design of PLC control system …………..…………………….13 3.1.2.1 PLC selection………….……………………………..………..…………..13 3.1.2.2 Input/output module choice……….……………….….…….……………..14 3.1.2.3 Switch I/O point ‘s save and analog I/O modules’ alternative …..…….….14 3.1.2.4 Anti-interference measures………………………....…….………….…….15 3.2 Onstrate type design……………………….………………..………………………..15 3.2.1 PLC onstrate selection……………………………………………….………….15 3.2.2 Onstrate the hardware connection…………….…..…………………………….17 3.3 Software design………………………………………..……………………….…….18

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3.3.1 Overall design of ……………………………..……………………..………18 3.3.2 Other processing procedure……………….………………………….………..19

4 PC software realization…………………………………………………………………….22 4.1The overall planning of monitoring system………………….….…………………..22 4.1.1 Monitoring system development purposes…………………………….…………22 4.1.2 Monitoring systems development methods ……………………………….……..22 4.1.3 Configuration WangJieShao …………………………………………….……….23 4.2 Monitoring system function module ………………………...….….……..…………..24

4.2.1The parameters set module……….…………..……...………………..…………24 4.2.2 Data dictionary Settings module……………………...…..…………….……….25 4.2.3Page Settings module ……………………………..……...…………….………..26 4.2.3.1 Page ……….……………………………..…..…………………………….26 4.2.3.2 Data page…………………………………..…..………………..………….27 4.2.3.3The real-time graph of data page ……………………………….…………..28 4.2.3.4 Alarm pages ………………………………………………………………..28 4.2.4 Permission. Module……………………………..….……………………………30 5 Conclusion……………………………………………………………..…………………..31 References……………………………………………………………………………………33 Acknowledgement………………………………….………..………………………………34 Appendix…………………………………………………………………..…………………35

Appendix 1 system hardware connection diagram ……………..………………………35 Appendix 2 attach recorded PLC control program………………..…………….………36 Appendix 3 Attach recorded three kingview scripts…….…….....………….…………..38

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基于PLC与组态王货物自动识别控制系统设计

作者：宋文静，指导教师：李天华 （山东农业大学机电学院 讲师）

【摘要】货物识别技术经过多年的发展已经日趋成熟，现已渗透到了商业、仓储、邮电通信、交通运输、工业生产过程控制以及军事装备、工程项目等国民经济各行各业和人民日常生活之中。目前，条码技术是最成熟、应用领域最广泛的一种自动识别技术。组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。组态软件在自动化系统的“水平”和“垂直”集成中起着桥梁和纽带的作用，已成为自动化系统中的重要组成部分。

本系统采用了基于组态王软件与PLC结合一般条码阅读器的货物自动识别系统，给出了系统的结构、软件设计和组态过程。采用PLC作为下位机提高了采集信号及控制信号的精度，并且可以现场修改程序，维修方便。使用组态软件，用户可以方便的构造适应自己需要的“数据采集系统”，实现实时数据监控管理，保证信息在全范围内的畅通，以适应现代化生产的需要。

关键词：可编程控制器， 条形码阅读器 ，组态软件

I

Based On PLC Control System Designing Automatic

Identification Of Goods

Author：Song Wenjing，Supervisor: Li Tianhua

(Shandong Agricultural University Mechanical institute lecturer)

Abstract Goods identification technology after years of development have become more mature, has been infiltrated into the commercial, storage, post and telecommunications, transportation, industrial production process control and military equipment, the project, such as the national economy and people of all walks of life day-to-day life. At present, the bar-code technology is the most mature, most applications of a wide range of automatic identification technology.Configuration software is accompanied by the rapid advances in computer technology developed. Configuration software in the automation system of \automation system components.

The system-based software and PLC Kingview general combination of bar code reader system of automatic identification of goods, given the structure of the system, software design and configuration process. The use of PLC as the next-bit machine to improve the signal and control signal acquisition accuracy, and can modify the program site, to facilitate maintenance. The use of configuration software, users can easily adapt to their needs the structure of the \Acquisition System\to achieve real-time data monitoring and management to ensure that information flow within the scope of the whole in order to adapt to the needs of modern production.

Keywords: PLC, Bar-Code Reader, Configuration Software

II

引言

随着计算机、信息及通信技术的发展，信息的处理能力、储存能力、传输通信能力日益强大。全面、有效的信息采集和输入几乎成为所有信息系统的关键。条码自动识别技术就是在这样的环境下应运而生。它是在计算机、光电技术和通信技术的基础上发展起来的一门综合性科学技术，是信息采集、输入的重要方法和手段。自动识别技术是20世纪70年代发展起来的集光、机、电、计算机等技术为一体的高新技术，是数据自动采集、自动输入的基础，是计算机“实时”处理的重要技术保障。

条码是由一组按特定规则排列的条、空及对应字符组成的表示一定信息的符号。不同的码制，条码符号的组成规则不同。条码技术是集编码、符号表示、印刷、识别、数据采集和处理于一身的新兴技术。其核心内容是利用光电扫描设备识读条码符号，从而实现机器的自动识别，并快速准确地将信息录入到计算机进行数据处理，以达到自动化管理的目的。目前，较常使用的码制有：EAN/UPC条码、EAN/UCC系统128条码、ITF-14条码、交叉二五条码、三九条码、库德巴条码等。

硬件选型：PLC硬件的选型，各控制模块的选择，条形码阅读器的选择。本系统采用PLC为中心控制器，通过扩展的数据采集模块采集现场条形码数据信息，并通过PLC对信息的处理控制系统的其他操作，完成系统功能的整体实现。系统的操作控制、数据采集和动作过程监视、各种参数的显示设定，由挂接在PLC的上位组态软件来实现。程序设计主要分两部分：PLC程序的设计以及上位机监控程序的设计。其中核心是PLC程序设计。PLC程序设计部分主要包括实现对条形码数据的阅读、识别、解释及处理等任务。货物识别流程进程的实时监测、数据处理通过可编程控制器软件和组态软件来实现。

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1系统设计

1.1 货物识别系统简介

1.1.1 系统简介

建立一个可靠的货物识别系统，首先要对货物管理改进的重要性充分理解,即手段的改进会在提高效率的同时给企业的经济发展带来很好的辅助作用。此外，作为对货物的管理，系统必须能够稳定可靠地运行。为了应用上的方便,必须使系统能够实用、便捷，能够适用于高速度的信息流通网络。

近几年条形码技术在生活中的普遍应用给了我们很好的提示，条形码在商品消费、图书管理方面的应用等已经走入我们的生活，种种应用的成功给我们带来了鼓舞，当然我们也可以以条形码为媒介来对仓储货物管理进行一次转变，取代传统的现场手工登记，将其转入后台进行处理，这样就大大节省了货物出库入库时间，对货物的流通速度的加快起到很好的促进作用。 1.1.2 系统技术要求

本系统设计的关键在于读取货物条形码这个步骤。本设计选用了当前比较流行的一维码来实现对信息的存储，因此给货物读取标签就转化成如何对一维码进行读取的问题，故系统设计主要解决的问题是如何用特定的机具对一维条形码进行读取。

由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。组态软件作为用户可订制功能的软件平台工具，在PC机上可开发出友好的人机界面，通过PLC对自动化设备进行“智能”控制。所以拟采用PLC技术，组态软件技术，条形码识别技术来实现本设计。

1.2 系统的组成与要求

该系统的设计主要包含两大部分：硬件部分选型，软件部分设计。其中软件部分包括PLC软件部分设计，组态软件设计两部分。而PLC部分的设计是核心内容。

一般来说，PLC控制系统有以下三种类型： 1.PLC构成的单机系统

这种系统的被控对象是单一的机器生产或生产流水线，其控制器是由单台PLC构成，一般不需要与其他PLC或计算机进行通信。但是，设计者还要

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考虑将来是否有联网的需要，如果有的话，应当选用具有通信功能的PLC。

2.PLC构成的集中控制系统

这种系统的被控对象通常是由数台机器或数台流水线构成，该系统的控制单元由单台PLC构成，每个被控对象与PLC指定的I/O相连。由于采用一台PLC控制，因此，各被控对象之间的数据、状态不需要另外的通信线路。

3.PLC构成的分布式控制系统

这类系统的被控对象通常比较多，分布在一个较大的区域内，相互之间比较远，而且，被控对象之间经常的交换数据和信息。这种系统的控制器采用若干个相互之间具有通信能力的PLC构成。

监控室 上位机 组态王软件 条形码阅读器 控制现场 PLC 传感器 交流电机

图1-1 系统控制结构图

由于本系统现场有1台被控条形码阅读器以及数量不是很多的其他被控对象，可以使用单台PLC进行多个对象的控制，只要选用高性能的PLC，完全能够胜任，另外，为了用户直观方便的使用，需要给予人机界面，采用如图1-1所示的控制结构。在整个控制系统中，总共有四大部分组成，分别是：PLC控制器、上位机、条形码阅读器、电机控制模块。下面分别介绍各个组件的功能。

1.PLC控制器：系统的控制核心。采集电机、条形码阅读器、货物位置等有关的各类对象信息。PLC经过对输入信号的处理，综合所获得的信息，反馈控制监控对象，将信息送入上一级监控器。同时接受上位机的控制指令，输出控制信号，完成对监控对象的实际控制。

2.上位机：在整个系统中，监控主要完成三个作用，一是通过串口下载参数进PLC，这些参数作为PLC控制的依据，二是从串口读出PLC中相应的参数，并在显示器上显示，三是将PLC传上来的参数作一定的处理，并将最

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终得到的信息存入数据库中，以备以后可以查询。

3.信息采集模块：该部件主要是利用条形码阅读器采集货物上的条形码信息，并通过串口将数据发往PLC，由PLC后续操作。

4.其他控制模块：实现对载货电机的运动控制。

1.3 系统运行的选择

1.3.1 运行方式

该系统有手动和自动两种运行方式。手动为步进运行，即操作一按钮，一部分动作执行，操作另外一个按钮，另外一个动作执行。主要用于分步控制流水线。自动为全部一次性执行，即在自动模式下，自动的完成整个货物识别的所有动作，用于长时间生产。 1.3.2故障报警

系统设有安全保护，在自动运行模式下，当上次运行没有到位的情况下，第二轮循环不进行，并且报警。在手动模式下，当操作人员没有按照操作规程违规操作时，系统会拒绝执行，同时报警。

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2 识别技术的选择与设计

2.1 识别技术的选择

2.1.1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。

2.2 识别系统的设计

2.2.1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2-1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。

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图2-1 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：

1.宽度调节法，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。

2.模块组配法，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2-2是128码的范例与结果。 128码具有下列特性：

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图 2-2 128码

1.具有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。

2.允许双向的扫描处理。 3.可自行决定是否要加上检查码。

4.条码长度可自由调整，但包括起码和终止码在內，不可超过232个字元。

5.同一个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2-1），对于选择何种编码方式，则决定于起始码的內容。

表2-1 128码编码类型

起始码 编码类别 CODE CODE CODE

A B C

逻辑型态 11010000100 11010010000 11010011100

相对值 103 104 105

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EAN-128码，EAN-128码是根据EAN/UCC-128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。EAN-128的编码说明如表2-2所示。

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表2-2 EAN-128的编码说明

代号码別 A 应用识別码 B 包装性能指示码 C 前置码与公司码 D 自行编定序号 E 检查码 F 应用识別码 G 配送邮政码

长度 18 1 7 1 4

说明 00代表其后资料內容为运送容器序号，为固定18位数字 3代表无定义的包装指示码 9代表EAN前置码与公司码 由公司指定序号 检查码

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 代表配送邮政码

2.2.2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。

2.3 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。

1.RS232C(V .24)接口，最大通信距离15m，只能连接单个设备。 2.RS422/485(V.27)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。

3.20mA 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2-3所示。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hkv.html