基于PLC倉庫燈光指引系統的分析

朱曉覓 徐云生　肖宇　李晨

關鍵詞： 燈光指引 PLC LED 指示燈 數字化 PROFINET RS485

中圖分類號： U495 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2024）01-0047-04

普通貨架在倉儲管理中是不可缺少的重要角色，當倉庫規模不斷擴大，貨架數量與物品樣式逐漸增多，物品定位成了最大痛點。本研究的主要目的是采用PLC 控制器構建一套燈光指引系統，該系統能對倉庫物品進行快速定位并進行燈光指引。通過在倉庫工作現場增加智能引導功能，進一步提高倉庫物料入庫、出庫和查詢等操作的效率和準確性，確保倉庫工作人員能夠順利、高效地執行日常工作［1］。

針對不同的倉庫貨物存置類型，基于PLC 的倉庫燈光指引系統可以根據具體需求進行定制設置。無論是稀疏型還是緊密型倉庫，該系統都可以提供準確的指引，幫助工作人員進行定位引導而快速找到目標貨物，提高倉庫操作的效率和準確性。

1 倉庫燈光指引系統的總體設計

本文設計的倉庫燈光指引系統，通過人機交換界面確定出庫或入庫行為。掃碼槍掃碼獲取信息后，確認物品位置，最終系統將數據發送到執行模塊，點亮對位貨架的貨架指示燈和貨架層指示燈，實現用戶引導功能。該系統的流程如圖1 所示。

本文設計3 個模塊：人機交互模塊、數據處理模塊和執行模塊。

1.1 人機交互模塊

人機交互模塊由掃碼槍和西門子TP2200 精智面板觸摸屏組成，21.5 寸1 600 萬色LED 背光，16∶9 寬屏顯示，主要用來進行數據操作，執行出庫、入庫、系統初始化、系統設置和數據可視化等數據傳輸。整個系統運行于網絡中，網絡通信采用現場總線PROFINET。人機交互模塊采集工作，使用掃碼方式實現用戶快捷輸入條碼號；數據封裝與數據處理模塊進行有限通信，發送獲取的數據，將獲取的數據在數據處理模塊進行校驗，并將讀取數據處理模塊的內容展示在觸摸屏上［2］。

1.2 數據處理模塊

數據處理模塊同時作為上位機，采用多種通信協議與周邊設備進行通信，實現對數據收發的控制。數據處理模塊由西門子1200PLC 組成，通過現場總線通信協議PROFINET 與人機交互模塊進行通信，獲取人員操作信息后進行數據處理，引導和分配空余位置。

1.3 執行模塊

硬件LED 電路實現系統引導功能，接收數據處理模塊發來的指令。執行模塊由數個遠程IO 模塊、LED燈組成，采用分布式IO 連接LED 燈。每個遠程IO 模塊最大支持32 節的輸出模塊擴展，接線采用共陰極接線方法控制燈帶，執行模塊不同顏色分別對應位置作業的不同功能。

2 倉庫燈光指引系統的實現方案

2.1 掃碼槍接入PROFINET 系統

掃碼槍的通信接口多為RS232 通信接口。RS232接口又稱COM 口，是標準串口，通常可以直連電腦設備。使用掃碼槍時需要串口工具才可以正常輸出，如串口調試助手、超級終端等。掃碼槍不需要安裝驅動，支持指令觸發。在該系統中人們通過網關將掃碼槍接入PROFINET 系統中，把掃碼槍掃描到的條形碼信息上傳到PN 網絡主站，以西門子1200PLC 作為PN 主站，網關PN 側作為PROFINET IO，網關RS232 側作為串口從站，用來接收掃碼槍上傳的條形碼信息。

2.1.1 系統連接

西門子1200PLC 通過PN 專用網線與網關PN 接口相連，RS232 接口與掃描槍RS232 口相連。RS232通信線由于掃描槍RS232 引腳定義為2TD3RXD5GND，網關RS232 引腳也為2TD3XD5GND，故掃描槍與網關RS232 之間需要加一條RS232 交叉串口線，確保一頭是針與掃描槍相連，另一頭是孔與網關RS232口相連。

2.1.2 工程配置-GSD 文件導入

打開博圖（當前使用的是博圖V16 專業版），點擊項目→新建，輸入工程名稱后創建。

選擇網絡視圖，在右側硬件目錄中選擇對應的CPU 型號雙擊，加入工程。

在選項菜單列選擇“安裝設備描述文件”。

在網關的官網上下載GSD 文件后選中對應SGD文件。確定文件名、版本沒有問題后點擊安裝，如圖2案例所示。

在右側的硬件目錄中選擇其他現場設備→ProfinetIO→Gataway→DS CO，Ltd→DS PN Gataway→PNG2-RS232/485，雙擊加入工程。

2.1.3 添加PROFINET 網絡

選中CPU 以太網接口，點擊右鍵添加子網，然后選中PN-G2-RS232“未分配”三個藍色字，選擇PLC_1.PROFINET 接口。

2.1.4 配置可編程控制器側的PROFINET 通信網絡地址

選中PLC，在軟件右側會出現設備視圖，在視圖內可以看到設備的通信指示，單擊選中CPU PROFINET接口，在接口常規里設置以太網地址。

2.1.5 設置PROFINET 通信網絡地址

點擊設備進入設備視圖，單擊選PROFINET 接口，在此處進行通信設置即設置，以太網地址（此地址必須與CPU 地址在同一網段內，一般PLC 會自動分配）。

2.1.6 設置RS232/485 接口

點擊模塊進行屬性設置，針對模塊參數項，設置RS232/485 波特率、奇偶校驗、數據位及停止位，如圖3所示。

數據位、校驗位、停止位：8 數據位無校驗1 停止位，8 數據位偶校驗1 停止位，8 數據位奇校驗1 停止位等。

模式（Mode）：設置成Slave 時，網關上電進入準備接收狀態，適用于網關232/485 接口，接收到請求后響應或網關只接收請求的場景（收發、收收），接掃描槍時需配置成Slave 模式。

PN Offline：設置成RUN 時，當PN 掉線串口232/485 輸出仍發送；設置成STOP 時，當PN 掉線串口232/485 輸出停止發送。

發送時間間隔：可選100 ms 、200 ms、 400 ms 、600 ms、800 ms 和1s 等。

2.1.7 IO 配置

選中相應的插槽，在右側的硬件配置選擇模塊→D→in16 Bytes，雙擊加入到配置中，同理加入Out16 Bytes。

為PN-G2-RS232 網關分配設備名。PN-G2-RS232/485 網關作為一個PROFINET 從站，在使用時需要給每個從站分配設備名，PROFINET主站以此來對從站進行區分。硬件組態中的設備名必須與PROFINET 從站的名稱相同，否則無法正常通信［3］。方法如下所示：首先在PN-G2-RS232/485 的設備視圖中，為該模塊設置設備名稱，也可保持默認名稱，這里將該模塊命名為pnrs232-gateway（需使用小寫字母、數字格式設備名），將設備名下載到網關中，將PC 機通過網線與PN-G2-RS232 網關連接好，并為PC 機分配一個IP 地址。在設備視圖中選中網關圖標，點擊在線/分配設備名稱，如圖4所示。

在網關設備視圖添加輸入字節用來接收來自掃描槍的數據，數據長度配置按照掃描槍支持的字節長度自主調整。添加一條16wod，即32Byte 長度的輸入。

2.1.8 工程調試

將工程下載到PLC 中，模塊的SYS、CFG、RUN 燈均為綠色長亮，代表PN 通信正常。每當掃描槍掃描一次條形碼，掃描槍232 口就會向網關232 接口發送一次條形碼數據。通過博途軟件的監控表監測條形碼數據，數據類型需要設置成字符顯示，具體如圖5 所示。

2.2 單點通信RS232 與多點通信RS485選擇

PLC 與遠程IO 通信主要是通過串口通信線實現PLC 與遠程IO 模塊串口功能。因PLC 通信模塊可以連接的數量有限，利用串口通信資源最大化實現通信是提高系統性能的關鍵。在串口通信協議中包含RS232和RS485。

二者通信方式的區別是：在通信距離方面，RS232通信協議最大傳輸距離為15 m 左右，適用于短距離通信，它的信號強度較大，通信相對較穩定；而RS485 通信協議傳輸距離可以達到1 200 m，適用于長距離通信。由于采用差分信號傳輸，RS485 通信能夠有效抵抗電磁干擾，具有較好的抗干擾性能。

在連接數量方面，RS232 是點對點通信的，通常只支持兩個設備連接。RS485 由于是多點通信，所以RS485 通信可以支持同一總線上多個設備進行連接，且最大可連接32 個設備。

通過上述對通信距離、通信連接數量兩個重要參數分析，考慮遠程IO 模塊通信距離長及最大化串口資源利用率，RS485 總線通信非常適合本系統的使用，能實現一對多的通信，解決距離長、連接數量多等問題。

3 系統的功能設計

本系統舍去了傳感器系統，整個系統的數據完全依靠PLC 算法，且系統非常緊湊，維護成本極低。

分析整個系統，每個作業位置有兩種數據，分別為是否有貨物和貨物二維碼。在PLC程序內建立一個FC塊，用來存放每個作業位置的數據，每16個字節的地址長度作為一個作業位置的數據儲存地址。當系統進行初始化（清空所有作業位置內數據，所有燈帶紅燈閃爍）的時候，釋放整個FC塊內的數據，所有作業位置為空狀態。存放物品的時候經過掃碼槍讀取二維碼數據，從底地址依次向高地址尋找數據為空的地址，然后將讀取的二維碼數據進行儲存，將該地址數據改為滿，并將對應編號的貨位燈帶點亮10 s，指引作業人員存放［4-5］。

當使用者要取出指定物品時，掃描二維碼，而系統讀取掃描到的二維碼后將存放數據的FC 塊中所有地址進行對比。對比成功后，將對比找到的地址數據清空，對應的貨位存放格燈帶點亮10 s，聲音系統啟動，指引作業人員取出。

4 倉庫燈光指引系統設計的目標功能

（1）客戶通過人機交互界面或掃碼槍進行取、存操作，通過現場總線通信將數據發送到PLC 邏輯控制模塊組成的數據處理模塊。（2）PLC 邏輯控制模塊對數據進行分析，將物品存放在空閑位置，而取出物品時鎖定選擇物品的位置，將數據通過現場總線通信發送到執行模塊，并清除該位置的數據信息。（3）執行模塊用來驅動指示燈的變化，通過接收總線數據，驅動燈帶，實現指示燈顏色變化、點亮、閃爍和熄滅。（4）根據現場需求設置指示燈的工作模式，例如：可以對指示燈定義為紅色指示燈時代表入庫功能，綠色燈帶對應出庫功能等，也可以指流水燈對工作人員進行更精準的指引。

PLC 的倉庫燈光指引系統設計的目標功能主要是貨物定位指引。這能夠提高倉庫的作業效率和準確性，降低錯誤發生概率，從而提升整體的倉庫管理水平［6］。

5 結語

本文采用西門子PLC 結合倉儲系統應用需求，通過模塊化設計，初步開發出了具有實際應用價值的倉庫燈光引導系統，改變了傳統倉庫的燈光模式，讓倉庫更加智能化。通過指示燈的顏色、點亮、熄滅和閃爍等變化，精準可靠的貨位燈光指引功能讓工作人員能快速定位并找到貨位。這大大提高了工作效率，改善了工作環境。