毕业设计（论文）-基于PLC与组态王的货物自动识别控制系统设计.doc

. . 装装 订订 线 . . . 山东农业大学 毕 业 论 文 基于基于 PLCPLC 与组态王的货物自动识别控制系统设计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 年 六 月十 日 i 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.9 3 PLC 的选型与设计 .12 3.1 PLC 系统设计.12 ii 3.1.1 PLC 系统设计原则 .12 3.1.2 PLC 控制系统的硬件设计 .13 3.1.2.1 PLC 的选型.13 3.1.2.2 输入/输出模块的选择.14 3.1.2.3 开关量 I/O 点的节省和模拟量 I/O 模块的代用.14 3.1.2.4 抗干扰措施.15 3.2 本项目的选型设计.15 3.2.1 PLC 本项目的选型 .15 3.2.2 本项目的硬件连接.17 3.3 软件设计.18 3.3.1 整体设计.18 3.3.2 其他处理子程序.20 4 上位机软件实现.22 4.1 监控系统的整体规划.22 4.1.1 监控系统开发的目的.22 4.1.2 监控系统开发手段.22 4.1.3 组态王介绍.23 4.2 监控系统的功能模块.24 4.2.1 参数设置模块.24 iii 4.2.2 数据词典设置模块.25 4.2.3 页面设置模块.26 4.2.3.1 首页.26 4.2.3.2 数据页面.27 4.2.3.3 数据页面实时曲线图.28 4.2.3.4 报警页面.28 4.2.4 权限设置模块.30 5 结论.31 参考文献.33 致谢.34 附录.35 附录 1 系统硬件连接图.35 附 录 2 PLC 控制程序 .36 附 录 3 组态王脚本程序.42 iv Contents Abstract. Abstract. 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 v design.18 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 References33 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 I 基于基于 PLCPLC 与组态王货物自动识别控制系统设计与组态王货物自动识别控制系统设计 作者：，指导教师： （山东农业大学机电学院 讲师） 【摘要摘要】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：关键词：可编程控制器， 条形码阅读器 ，组态软件 II 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 horizontal and vertical integration plays a role of bridge and tie, has become an important 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 Data 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 1 引言引言 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。 2 1 系统系统设计设计 1.1 货物识别系统简货物识别系统简介 1.1.1 系系统简统简介介 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 系系统统技技术术要求要求 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。 3 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。 条形码阅读器 上位机 交流电机 PLC传感器 监控室 控制现场 组态王软件 图图 1-11-1 系统控制结构图系统控制结构图 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 4 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 系统运行的选择系统运行的选择 1.3.1 运行方式运行方式 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 故障故障报报警警 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。 5 2 识别技术的选择与设计识别技术的选择与设计 2.1 识别技术的选择识别技术的选择 2.1.1 条形条形码识别码识别技技术术概述概述 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 识别系统的设计识别系统的设计 2.2.1 条形条形码码的的选择选择及及应应用用 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 6 “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 09。 图图 2-12-1 一维码一维码 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：09，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 09，26 个英文字母(AZ)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 09 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。 7 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： 图图 2-22-2 128128 码码 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。 表表 2-12-1 128128 码编码类型码编码类型 起始码 编码类别逻辑型态相对值 CODEA 11010000100103 CODE B11010010000104 CODE C 11010011100105 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 8 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。 表表 2-22-2 EAN-128EAN-128 的编码说明的编码说明 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 2.2.2 条形条形码阅读码阅读器的器的选择选择及及应应用用 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 C200H 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。 9 2.3 通信设计通信设计 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。 图图 2-32-3 系统硬件连接示意图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 10 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 2-4 所示。图中 PLC 串行通讯接口 为 D9.Female 型，条形码阅读器的串行通讯接口为 D25. Male 型。 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 图图 2-42-4 条形码阅读器与条形码阅读器与 PLCPLC 串行通信口接线示意图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）。 11 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。 3 PLC 的选型与设计的选型与设计 3.1 PLC 系统设计系统设计 3.1.1 PLC 系系统设计统设计原原则则