集装箱自动存取系统的设计

本科毕业设计说明书（论文) 第 36 页 共 36 页1 绪论随着经济全球化进程的加快，全球集装箱运输发展迅速，世界各地主要集装箱码头均面临吞吐量急剧增长的压力。集装箱船舶装载能力的最大化以及船舶在港时间的最小化要求大幅提高港口装卸作业效率，为此配置的大量人员、车辆和堆场导致营运成本和管理难度大量增加。集装箱自动化码头的出现正是为了减少操作人员，降低营运成本，稳定可靠地提高作业效率，从而提高竞争力。20世纪90年代初，荷兰鹿特丹港Europe Combined Terminals(ECT)投入使用了世界上的第一个集装箱自动化码头，随后在日本川崎、英国泰晤士、德国汉堡以及新加坡和台湾等集装箱自动化码头也投入建设或设计中。1.1 论文背景及研究意义随着计算机、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。在20世纪40年代，美国乔伍德兰德(Joe Wood Land)和贝尼西尔弗(Beny Silver)两位工程师就开始研究用代码标识食品项目以及相应的自动识别设备，并于1949年获得美国专利。这种代码图案很像微型射箭靶，称作“公牛眼”代码。靶的同心环有圆条和空白组成。在原理上，“公牛眼”代码与后来的条码符号很接近，遗憾的是当时的商品经济还不十分发达，而且工艺上也没有达到印制这种代码的水平。20年后，乔.伍德兰德作为IBM公司的工程师成为北美地区的统一代码UPC条码的奠基人。吉拉德.费伊塞尔(Girad Feissel)等人于1959年申请了一项专利，将数字09中的每个数字用七段平行条表示，但是对这种代码机器难以阅读，人读起来也不方便。不过，这一构想促进了条码码制的产生与发展。不久，EF布林克尔(E.F.Brinker)将条码表示应运在有轨电车上。60年代后期，西尔韦尼亚(Sylvania)发明了一种被北美铁路系统所采纳的条码系统。在有轨电车和铁路系统的条码应用可以说是条码技术最早期的应用了。在我国，条码技术的研究始于20世纪70年代。当时的主要工作是学习和跟踪世界先进技术。随着计算机应用技术的普及，80年代末，条码技术在我国的邮电、仓储、图书管理及生产过程的自动控制等领域开始得到初步应用。1991年4月，中国物品编码中心代表我国加入国际物品编码协会(EAN)，为全面开展我国条码工作创造了有利条件。近年来，中国商品条码系统成员数量迅速增加，我国已有8万家企业申请注册了厂商代码，已有扫描商店上万家。据统计，我国已有67%的商店应用了POS系统。虽然物流信息系统作为一个宏观系统，条码应用只是较小的一块，但它却是最基本最重要的一块。它的应用为物流信息化管理带来革新性的变化，其在现代物流业中正确使用，让信息采集与跟踪变得如此简单。条码技术大大提升物流作业的自动化程度，减少运作数据录入差错，提高企业物流管理效率。目前在我国推广应用条码技术已具有一定的物质基础，条码技术的应用对开发我国物品标识系统，使其规范化、标准化，并实现与国际标准相容，以推进我国的计算机应用和现代化管理，促进国内商品经济的繁荣，增强中国产品在国际市场的竞争力具有深远的意义。1.2 相关技术发展概况1.2.1 自动识别技术发展概况自动识别技术是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。自动识别技术包括：条码识别技术、射频识别技术、生物识别技术、光字符识别技术、视觉识别技术、语音识别技术、图像识别技术等。(1)条码识别技术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。(2)射频识别技术射频识别(RFID)技术是近几年发展起来的现代自动识别技术。基本的RFID系统由射频标签和读写器组成。射频标签和读写器之间互相不接触并利用感应、无线电波或微波进行数据通信，从而达到识别的目的。RFID 最突出的特点是可以非接触识读(识读距离可从几厘米至几十米)、可识别高速运动物体、抗恶劣环境、保密性强、可同时识读多个识别对象等。(3)生物识别技术生物识别技术是指通过计算机利用人类自身生理或行为特征进行身份认定的一种技术。由于人体特征具有不可复制的特性，这一技术的安全性较传统意义上的身份验证机制有很大的提高。目前，国外许多高科技公司正在试图用眼睛虹膜、指纹等取代人们手中的信用卡或密码，并且已经在机场、银行和各种电子设备上进行了实际应用。1.2.2 PLC技术综述第一台可编程控制器(以下简称PLC)的设计规范是美国通用汽车公司提出的，当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器，在保留了继电器控制系统简单易懂，操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的响应时间快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机连接、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国数字设备公司(DEC)与1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，并取得了令人满意的效果。在短时间内，PLC在其它工业部门也得到应用。到70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备，迈出了PLC实用化的第一步。70年代中期，由于大规模集成电路的出现，出现了8位处理器和位处理器，使可编程控制技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算，闭环控制，提高了运算速度，扩大了输入输出规模。70年代末由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列产品。这时，面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言，在功能上PLC己经可以代替某些模拟控制装置和小型机的DOS系统。进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其它设备通信，生成报表，调度生产，可诊断滋生故障及机器故障。这些改进使得PLC满足了今天对高质量高产出的要求。尽管PLC功能越来越强，但它仍然保留了先前的简单与宜用的特点。PLC的未来发展不仅依赖于对新产品的开发，还在于PLC与其它工业控制设备和工厂管理技术的综合。无疑，PLC将在今后的工业自动化中扮演重要的角色。1.2.3 监控软件技术发展概况实时监控软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。20世纪50年代虽然计算机开始涉足工业过程控制，但由于计算机技术人员缺乏工厂仪表和工业过程的知识，导致计算机工业过程系统在各行业的推广速度比较缓慢。20世纪70年代初，微处理器的出现，促进了计算机控制技术走向成熟。首先，微处理器在提高计算能力的基础上，大大降低了计算机的硬件成本，缩小了计算机的体积，很多从事控制仪表和原来一直就从事工业控制计算机的公司先后推出了新型控制系统，其中具有代表性的是美国Honeywell公司于1975年推出的世界上第一套OCS，即TOC-2000。在随后的20年中，OCS及其计算机控制技术日趋成熟，并得到了广泛应用，市场发展迅速。但当时的OCS软件是专用和封闭的，且成本居高不下。80年代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统(Open system)概念的推广，基于个人计算机的监控系统开始进入市场并发展壮大。基于个人监控系统呈现出智能化、小型化、网络化、PC化的发展趋势，并逐渐形成了各种标准的网络结构、硬件规范。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。1.3 本文研究的主要内容根据设计任务书要求，本文完成了基于PLC的集装箱自动存取系统设计。(1)硬件选型主要包括：PLC硬件的选型，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。(2)程序设计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、堆场机械手动作等任务。集装箱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来实现。(3) 条码读取条码是由一组规则排列的条、空以及对应的字符组成的标记，“条”指对光线反射率较低的部分，“空”指对光线反射率较高的部分，这些条和空组成的数据表达一定的信息，并能够用特定的设备识读，转换成与计算机兼容的二进制和十进制信息。条码是利用条纹和间隔或宽窄条纹（间隔）构成二进制的“0”和“1”，并以它们的组合来表示某个数字或字符，反映某种信息。由于计算机设备只能识别二进制数据，条码符号作为一种为计算机信息处理而提供的光电扫描信息图形符号。2 系统设计2.1 系统简介建立一个可靠的集装箱自动存取系统，首先要对集装箱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，作为对集装箱的管理，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集装箱管理进行一次转变，取代传统的现场手工登记，对集装箱的流通速度的加快起到很好的促进作用。2.2 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，因此给集装箱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，条形码识别技术，来实现本设计。2.3 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。而PLC部分的设计是核心内容。本系统是在堆场与其他环节间的集装箱运输实现自动存取，提高集装箱码头的自动化化水平，提高集装箱的存取效率，以降低单位运输成本。编号识别传感器识别出需要存入堆场的集装箱的编号，PLC根据编号控制传动电机对集装箱进行对号入座；当需要取箱时，输入集装箱的编号，PLC控制传动电机自动从堆场中取出相应的集装箱。 世界各地的集装箱码头大同小异，不过基本结构都是差不多的。基本上由码头前沿机械、堆场、拆装箱库、集装箱卡车、运输机械、列车等组成，如下图2.1。集装箱码头前沿集卡（直接方式）拆装箱库集卡或铁路列车堆场装卸机械水平运输机械堆场机械图2.1 系统框图集装箱存取的系统框图也如图2.1所示，从码头前沿到堆场的运输采用AGV自动导航车来完成，堆场中的集装箱的存取则由以PLC为控制核心的集装箱自动存取系统来完成。堆场的集装箱自动存取是设计的主要和重点部分，该部分的系统由硬件和软件两部分组成，堆场集装箱自动存取软件系统框图如图2.2所示。 上位机PLC条码阅读器光电开关交流电机图2.2 堆场集装箱自动存取软件系统框图系统的存、取工作流程如图2.3所示。AGV导航车卸箱存储区域选择履带启动履带到达指定区域存储机械手启动存储扫描所取集装箱的条码所在区域机械手动作将集装箱放至履带将集装箱送至出口图2.3 集装箱存取过程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集装箱上的条形码信息，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。3 识别技术的选择与设计3.1 识别技术的选择3.1.1 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。3.2 识别系统的设计3.2.1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3-1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，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3.1 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：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。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3.2是128码的范例与结果。128码具有下列特性：起始字符 数据字符 校验符 终止符图3.2 128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3.1)，对于选择编码方式，则决定于起始码的內容。表3.1 128码编码类型起始码 编码类别逻辑型态相对值CODEA 103CODE B104CODE C 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11。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3.2所示。表3.2EAN-128的编码说明代号码別长度说明A 应用识別码1800代表其后之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13代表无定义的包装指示码C 前置码与公司码79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代表其后之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3.2.2 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SICK公司的一种普通手持式条形码阅读器和S7-200系列PLC为例进行设计研究。比较S7-200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。3.3 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二种：(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。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3.3所示。条码阅读器光电开关PLC集装箱图3.3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3.4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Male型。条码技术在仓库管理中应用设计时，需要根据不同的需求选用不同的软件和条码设备。系统使用的软件可分为两部分：一是条码终端使用的软件，另一部分是在仓库计算机中心或服务器上使用的软件。大大提高了物流作业效率，同时减少了管理成本；降低了信息收集错误率，提高了作业质量；条码终端使用的软件只完成数据的采集功能，较为简单。仓库计算机中心或服务器中使用的软件包括数据库系统和仓库管理软件。另外，系统中还需要配置条码打印机，以便打印各种标签，如货位、货架使用的标签、物品标识用的标签等。图3.4 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。4 PLC的选型和设计4.1 PLC系统设计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。特别要注意停止按钮和复位按钮的区别。4.2 本项目的选型设计4.2.1PLC本项目的选型本项目的要求有以下几点：(1)经济实用，能够适应现场，提高设备的可靠性。(2)方便现场数据的修改，具有一定的柔性。(3)保证数据采集的准确，提高生产率。(4)提高设备自动化率。根据设计提出的要求，我们优先考虑安全稳定性好、有质量保证的PLC品牌，综合以上的考虑，决定采用西门子S7-200系列。4.2.2 本项目的硬件连接根据系统功能确定PLC使用到的I/O端子如表4.1所示。表4.1 I/O端子分配表输入输出复位按钮I0.0报警红灯Q0.0条码扫描开关I0.1履带电机Q0.1A区存储光电开关I0.2A区机械手反转Q0.2B区存储光电开关I0.3B区机械手反转Q0.3A1区存储光电开关I0.4A区机械手正转Q0.4A2区存储光电开关I0.5B区机械手正转Q0.5B1区存储光电开关I0.6正常工作绿灯Q0.6B2区存储光电开关I0.7存集装箱按钮I1.0取集装箱按钮I1.1停止按钮I1.2PLC接线图如图4.1所示。 图4.1 PLC接线图实物接线如图4.2、图4.3所示。履带存取区域选择电机B区机械手电机A区机械手电机报警红灯 图4.2 实物接线图(1)图4.3 实物接线图(2)4.3 软件设计PLC软件设计主要分读条码程序、存取子程序、机械手控制子程序程序。4.3.1 整体设计在完成相关的通讯协议设置后，PLC在“自由协议通讯模式下”通过编写数据采集程序对从条形码阅读器中获取的数据进行解释和识别。PLC中使用RCV指令进行数据读取，其他系列的PLC也有类似的接收指令或模块，在端口接收到新数据后，并随后对条形码数据进行检验，如检验通过，则进行数据转换，并根据定义的条形码数值含义进行解释和识别，供系统调用。程序流程图如图4.4所示。通讯设置调用取程序扫描条码调用存程序结束开始存取选择取箱存箱图4.4 程序流程图PLC控制程序：(1) 读条码-主程序,如图4.5。 初始化自由口： -选择9600波特率 -选择8位数据位 -选择无校验 初始化RCV信息控制字节： -RCV使能 -检测信息结束字符 -检测空闲线信息条件 设置空闲线超时为5ms 设置最大字符数为100 连接中断0到接收结束事件 执行接收指令 接收缓冲区指向VB100图4.5 读条码-主程序(2)INT0存取选择中断服务程序，如图4.6。 图4.6 中断服务程序4.4 程序调试结果(1)存集装箱时按存集装箱按钮I1.0后，如果是第一次存入，系统会将扫描到的条码存入VB102，可以用组态王软件监控，同时系统将集装箱存入A区，A区的计数器计数C1加计数，并且从A1区开始存，机械手移动至A1区(电机动作)；如果不是第一次存入，系统会与A、B区的集装箱条码对比并判断该存那个区域。当超过最大存储容量时报警红灯亮。如图4.7所示。图4.7 报警灯亮图(2)取集装箱时 系统会根据扫描到的条码判断与哪个存储区的集装箱条码一样，相应的区域的机械手动作将其取出，并且相应区域的计数器减计数，如果取A区集装箱，C1减1，如果取B区集装箱，C2减1。 程序实现了任意条码的集装箱存入取出，系统自动判断存取区域。存入时系统可自动扫描条码、自动存入相应区域；取集装箱时，只需要扫描要取的集装箱的条码，系统会自动将其从堆场取出。通过监控VB102(A区条码)、VB104(B区条码)、C0(存入总数量)、C1(A区总数量)、C2(B区总数量)，实时了解堆场出入库情况。结束语该设计来源于工程实际。结合目前市场应用情况，利用成熟的可编程控制器，对集装箱识别过程的自动化改造技术进行研究，开发出一套具备高性能、高可靠性的集装箱自动存取系统。本设计主要从PLC主程序，以及RS232C通信上完成设计任务。所完成的工作主要有以下几个方面：(1)对于集装箱条形码信息采集。本文选用SICK公司的一种普通手持式条形码阅读器和S7-200系列PLC为例进行设计研究。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控制系统。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