基于OMRON可編程控制器的器材出入庫貨位提示系統(tǒng)的應用

武 鵬，凌海風，陳海松，楊煒辰

(解放軍理工大學，南京 210007)

相比于部隊級工程兵倉庫，總部級、軍區(qū)級的工程兵器材倉庫具有儲存器材數(shù)量大、種類多，出入庫業(yè)務頻繁等特點，經常會有大量器材一次性出入庫的情況發(fā)生，比如在出庫單中若包含上百種器材時，如果僅憑倉庫保管員對照出庫單中的器材存放貨位對器材一一進行手工查找揀貨，很明顯會降低器材出庫的速度和準確率;或是多個保管員協(xié)同揀貨，這也只是人力上的堆積，并未解決根本問題，且會占用較大的人力物力資源［1］。因此，需要在出入庫業(yè)務中引入適合的信息技術，技術的引入主要解決以下4 點需求［1］:①實現(xiàn)準確、快速的貨位提示功能;②具有高可靠性的貨位查找功能;③貨位提示可視化;④操作人員使用維護簡便。

可編程邏輯控制器(programming logic controller，PLC)是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的，它具有高可靠性、高處理性能、安裝簡單等特點。將PLC應用到實際的出入庫業(yè)務中，通過設計用來控制PLC 的軟件實現(xiàn)對器材貨位的提醒，可以在很大程度上提高器材的收發(fā)效率和準確度［2］。

1 PLC 控制技術

1.1 PLC 的組成

PLC 是一種以微處理器為核心的主要用作數(shù)字控制的特殊計算機，是微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物。因此，它的硬件配置與一般微機裝置類似，PLC 的硬件主要由中央處理器(CPU)、存儲器、電源、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口電源等部分組成，它的組成示意圖如圖1 所示。

其中，CPU 是整個PLC 的核心，它主要負責接收并存儲從編程器輸入的數(shù)據(jù)和程序、診斷電源以及PLC 內部電路的工作故障和程序中的語法等錯誤、通過輸入接口接收現(xiàn)場的數(shù)據(jù)［3］。

1.2 PLC 的選型以及控制方式選擇

1.2.1 PLC 的選型

PLC 在自動控制領域的應用非常廣泛，專業(yè)性的生產廠商也有很多，這其中主要包括OMRON、西門子、三菱等實力雄厚的大企業(yè)。OMRON 在業(yè)內一直享有很高的盛譽，是PLC 界的佼佼者，它所生產的PLC 性能優(yōu)越、功能強大，已經在工業(yè)自動控制領域得到了較為廣泛的應用。因此，選用OMRON 生產的PLC 作為應用在倉庫的控制器。歐姆龍現(xiàn)在的主流機型為CJ1 系列，它包括CJ1M、CJ1G、CJ1H3 種類型。這3 種PLC 的性能都很出色，CJ1G、CJ1H 型PLC 雖然性能更為卓越，但是成本也更高。而CJ1M 型PLC 所具有的320、640I/O 點和10k、20k 步程序容量已經足以滿足PLC 的貨位提示功能了。因此我們選擇OMRON CJ1M 型PLC 作為應用在倉庫中的控制器［4］。

1.2.2 PLC 的控制方式選擇

PLC 的控制方式主要有通過串口通信對PLC 直接發(fā)送指令以及通過組態(tài)軟件間接控制PLC 2 種。

PLC 組態(tài)軟件主要運行在電腦上，完成畫面顯示、報表、存儲查詢、報警等供用戶直觀查看的功能。它可以將邏輯原理圖轉換為實際順序控制。但是由于PLC 組態(tài)軟件價格較為昂貴的原因，這在現(xiàn)階段很大程度上限制了其在PLC 控制領域的普遍應用。一套常用的組態(tài)軟件價格常常達到數(shù)萬元，這不可避免地制約了它的進一步應用。

通過串口通信對PLC 直接發(fā)送指令是控制PLC 的另一種方式，它是通過串口通信的方式對PLC 發(fā)送命令包，這些命令包符合該型號PLC 與上位機的串口通信協(xié)議，從而實現(xiàn)對PLC 的直接控制。這種方式雖然較組態(tài)軟件控制方式繁瑣，但是是在熟練掌握PLC 與上位機通信協(xié)議的基礎之上完成的，這樣有利于明晰控制流程，而且整個的成本較組態(tài)軟件低很多，因此也不失為一種較為理想的控制方式，在此我們選用通過串口通信對PLC 直接發(fā)送指令的方式對PLC 進行控制。

2 器材出入庫貨位提示系統(tǒng)的總體規(guī)劃與設計

2.1 系統(tǒng)總體功能設計

本器材出入庫貨位提示系統(tǒng)的核心理念為實現(xiàn)準確快速地貨位提示功能，系統(tǒng)部署在總部級、軍區(qū)級器材倉庫內的PC 機(PLC 的上位機)上，采用C/S 結構，使用的數(shù)據(jù)庫部署在服務器上，方便數(shù)據(jù)的及時更新與獲取。本系統(tǒng)所控制的PLC 選用CJ1M 型OMRON PLC，PLC 所控制的貨架的每個貨位均裝有一個LED 指示燈和一個蜂鳴報警器。上位機與PLC 的連接采用串口通信方式，PLC 與具體貨位的LED燈和蜂鳴器選用BV 銅芯線進行連接。系統(tǒng)的網絡拓撲結構圖如圖2 所示。

圖2 器材出入庫貨位提示系統(tǒng)拓撲結構

CJ1M 型OMRON PLC 自帶RS-232C 接口，因此可以與上位機直接相連。

2.2 器材出入庫貨位提示系統(tǒng)功能設計

2.2.1 器材出入庫貨位提示系統(tǒng)功能設計

器材出入庫貨位提示系統(tǒng)應用在軍區(qū)級、總部級倉庫的器材出入庫業(yè)務中，它是通過基于PLC 的邏輯控制功能從而實現(xiàn)器材在出庫揀貨過程中的貨位自動提示功能。具體的提示方式包括LED 指示燈閃爍和蜂鳴器報警。

本系統(tǒng)的功能簡單但目的性很強，突出滿足了軍區(qū)級、總部級倉庫的器材出入庫業(yè)務中的實際需求，具有很強的實用性。具體的功能流程如圖3 所示。

貨位提示的流程主要分以下4 個步驟:

1)獲取器材貨位代碼

從出庫單中獲取每條器材的信息，并從中篩選出貨位代碼信息。

2)生成命令包

按照之前所述的PLC 與上位機的通信協(xié)議，將具體命令動作以及貨位代碼等信息編入命令包。

3)向PLC 發(fā)送命令包

通過向PLC 發(fā)送已經生成好的命令包從而實現(xiàn)對于貨位提示的精確控制。

4)PLC 執(zhí)行命令包并反饋響應

PLC 執(zhí)行由上位機發(fā)送過來的命令包，隨后向上位機發(fā)送響應包，通知其已完成操作或反饋通信中的錯誤、FCS 錯誤、代碼錯誤等錯誤。

圖3 系統(tǒng)功能流程

2.2.2 PLC 控制設計

1)器材貨位代碼的獲取與格式轉化

通過實地調研某器材倉庫，它的布局如圖4 所示。

圖4 某軍區(qū)倉庫布局簡圖

在倉庫中并排擺放著若干貨架，每一個貨架都有一個“行號”;每個貨架上有縱向兩列貨位，故有1、2 兩“列”;而每一列有從一到八8 個貨位，稱之為“高度號”。因此，貨位代碼可作以下規(guī)定:由五位阿拉伯數(shù)字組成，前三位為行號，范圍為1 ～999，接下來一位為列號，范圍為1 ～2，最后一位為高度號，范圍為1 ～8。

在器材入庫時，倉庫保管員需將器材存放位置記錄在數(shù)據(jù)庫中，待出庫時，出庫單中涉及到的每條記錄都包含有貨位代碼，一目了然。例如，某器材的貨位代碼為“10015”，就表示該器材位于第100 貨架第一列第五層。

在上位機發(fā)給PLC 的命令包中，寫入數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)格式為十六進制;在PLC 處理分析命令包時，會將十六進制數(shù)轉換為二進制數(shù)。因此需要將十進制的貨位代碼進行格式轉化。

2)命令包設計

CJ1M 型OMRON PLC 與上位機的通信過程是由上位機率先發(fā)起的，它向PLC 發(fā)送命令包，它的格式如圖5 所示。

圖5 CJ1M 型OMRON PLC 命令包格式

根據(jù)圖5 所示命令包格式，現(xiàn)對命令包進行詳細設計。

現(xiàn)以一個格式為“@00WR0100357D31* ”的命令包為例，詳細說明其對PLC 的控制原理。

a)“@”作為命令開始符是每條命令所必備的。

b)“節(jié)點號”即為所控制PLC 編號，一臺上位機可控32臺PLC，故編號分別為00 ～31，“00”表示第一臺PLC。

c)“命令”即為上位機控制PLC 所執(zhí)行的動作，此處的“WR”表示向CIO 區(qū)寫數(shù)據(jù)。

d)“起始字”是命令包的首地址，由一個四位的BCD 碼組成，在此設計將其作為貨位代碼的行號的承載，此處的“0100”表示第100 行貨架。

e)“寫數(shù)據(jù)”是實際的數(shù)據(jù)寫入區(qū)，它是一個由四個十六進制數(shù)組成的四位數(shù)。之前提到的一個貨架共有16 個貨位，因此可以用0 ～15 表示16 個貨位，由于在PLC 中數(shù)據(jù)的操作格式為二進制，因此可以將16 個貨位分為4 個區(qū)。每個區(qū)對應一個數(shù)據(jù)寫入區(qū)的一位十六進制數(shù)，具體的寫入數(shù)據(jù)控制貨位原理如圖6 所示。

圖6 寫入數(shù)據(jù)與對應貨位代碼關系表

如圖6 內表格所示，例舉寫入數(shù)據(jù)為“357D”，根據(jù)上表的對應關系得出16 個貨位的有值位(帶下劃線的數(shù)據(jù)位)，又因為“起始字”表示為“0100”，故由命令“@00WR0100357D31* ”可知100.00、100.02、100.03、100.04、100.05、100.06、100.08、100.10、100.12、100.13 為ON，即第100 個貨架的第一列的一、三、四、五、六、七貨位以及第二列的一、三、五、六貨位這十個貨位的LED 指示燈亮、蜂鳴器報警。

f)長度為2 字符的FCS 校驗碼為“31”，它的計算是在上位機上完成的。

3 器材出入庫貨位提示系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與運行環(huán)境

器材出入庫貨位提示系統(tǒng)作為戰(zhàn)備維修器材出入庫管理系統(tǒng)的軟件部分，它的開發(fā)是在臺式機上基于Windows 操作系統(tǒng)進行的，然后將開發(fā)好的客戶端安裝到位于維修器材倉庫的PC 機中。它的開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境分別如表1、表2所示。

表1 器材出入庫貨位提示系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

表2 戰(zhàn)備維修器材出入庫管理系統(tǒng)運行環(huán)境

3.2 系統(tǒng)功能模塊的設計與實現(xiàn)

器材出入庫貨位提示系統(tǒng)的功能是將上位機與PLC 建立連接，通過向PLC 發(fā)送自動生成的命令包，從而實現(xiàn)PLC對出庫單中所包含器材的貨位即時提示功能。系統(tǒng)的界面截圖如圖7 所示。

圖7 器材出入庫貨位提示系統(tǒng)截圖

1)建立與PLC 的連接

利用Delphi 所提供的TMscomm 控件與PLC 建立連接并設置相關串口通信屬性。具體代碼如下所示:

2)獲得器材貨位代碼

選擇完出庫單后，系統(tǒng)會自動將該出庫單內所包含器材的貨位代碼取出，并將每個代碼放到數(shù)組iss［］中。

3)自動生成命令包并向PLC 發(fā)送

系統(tǒng)結合取到的貨位代碼，自動生成命令包并向PLC 發(fā)送，執(zhí)行PLC_SendCmd(20，@iis［0］，19)函數(shù)。具體代碼如下所示:

4)取消所有報點

在進行兩個出庫單的器材貨位提示之間需要對前一次的報點數(shù)據(jù)進行清空處理，具體執(zhí)行代碼如下:

4 結束語

PLC 是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，具有處理高性能、模塊化結構、多樣化I/O 接口、安裝維護簡便等特點。將其引入到維修器材出入庫業(yè)務中，較好地實現(xiàn)了準確、快速的貨位提示，貨位查找高可靠性，貨位提示可視化等目標。對提升維修器材出入庫業(yè)務的質量、效率和效益在一定程度上起到了積極作用。

［1］曹小平.裝備維修器材保障［M］.北京:國防大學出版社，2005:106-109.

［2］高欽和.可編程控制器應用技術與設計實例［M］.北京:人民郵電出版社，2004:8-10.

［3］張巍.PCPLC 機電控制系統(tǒng)研究［D］.西安:西北工業(yè)大學，2003.

［4］孫旭松，胡雪梅.PLC 與上位機的通信實現(xiàn)［J］.科技資訊，2006，25（2）:81-82.