基于plc的货物自动识别控制系统设计大学毕设论文.docx
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基于plc的货物自动识别控制系统设计大学毕设论文
山东理工大学
毕业设计（论文）
题目：
基于PLC的货物自动识别
控制系统设计
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、图书管理、医疗卫生、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。
自动识别技术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的一种多学科综合性科学技术。
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。
随着个人计算机的普及和开放系统（Opensystem）概念的推广，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。
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
Abstract
Goodsidentificationtechnologyafteryearsofdevelopmenthavebecomemoremature,hasbeeninfiltratedintothecommercial,storage,postandtelecommunications,transportation,librarymanagement,medicalandhealth,industrialproductionprocesscontrolandmilitaryequipment,theproject,suchasthenationaleconomyandpeopleofallwalksoflifeday-to-daylife.Automaticidentificationtechnologyisbasedoncomputertechnologyandcommunicationtechnologybasedonthedevelopmentofacomprehensivemulti-disciplinaryscienceandtechnology.Atpresent,thebar-codetechnologyisthemostmature,mostapplicationsofawiderangeofautomaticidentificationtechnology.
Configurationsoftwareisaccompaniedbytherapidadvancesincomputertechnologydeveloped.Withthepopularityofpersonalcomputersandopensystems（Opensystem）topromotetheconcept,basedonpersonalmonitoringsystemshowingasmart,small,network-based,PC-baseddevelopmenttrends,andgraduallyformedavarietyofstandardnetworkarchitecture,hardwarenorms.Configurationsoftwareintheautomationsystemof"horizontal"and"vertical"integrationplaysaroleofbridgeandtie,hasbecomeanimportantautomationsystemcomponents.
Thesystem-basedsoftwareandPLCKingviewgeneralcombinationofbarcodereadersystemofautomaticidentificationofgoods,giventhestructureofthesystem,softwaredesignandconfigurationprocess.TheuseofPLCasthenext-bitmachinetoimprovethesignalandcontrolsignalacquisitionaccuracy,andcanmodifytheprogramsite,tofacilitatemaintenance.Theuseofconfigurationsoftware,userscaneasilyadapttotheirneedsthestructureofthe"DataAcquisitionSystem",toachievereal-timedatamonitoringandmanagementtoensurethatinformationflowwithinthescopeofthewholeinordertoadapttotheneedsofmodernproduction.
Keywords：
PLC,Bar-CodeReader,ConfigurationSoftware
第一章绪论
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、图书管理、医疗卫生、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。
自动识别技术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的一种多学科综合性科学技术。
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。
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（JoeWoodLand）和贝尼.西尔弗（BenySilver）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（GiradFeissel）等人于1959年申请了一项专利，将数字0~9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，E．F．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。
1.2.2PLC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组态软件技术发展概况
组态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（Opensystem）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的货物自动识别控制系统设计。
1.硬件选型
主要包括：
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。
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、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。
第二章系统设计
2.1货物识别系统简介
2.1.1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。
2.1.2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。
2.2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。
图2-1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2-1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。
2.3系统运行的选择
2.3.1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。
2.3.2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。
第三章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，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。
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。
条码编码方法
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。
Code128码可表示从ASCII0到ASCII127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：
图3-2128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），对于选择何种编码方式，则决定于起始码的內容。
表3-1128码编码类型
起始码
编码类别
逻辑型态
相对值
CODE
A
11010000100
103
CODE
B
11010010000
104
CODE
C
11010011100
105
终止码无论是采用A、B、C何种编码方式，128码的终止码
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