基于PLC的倉庫燈光指引系統

江旭 朱曉覓

摘要：本文設計了一個基于可編程邏輯控制器（Programmable?Logic?Controller，PLC）的倉庫燈光指引系統，即利用燈光指引位置進行定位。該系統適用性廣泛，不僅在倉儲行業內使用，還可以應用在其他行業，為提高效率發揮重要作用。設計聲光指引系統可以實現客戶端數據采集，客戶端和下位機間的數據傳輸，以及下位機對LED燈進行驅動等功能。最后，系統利用不同燈號的不同顏色，表示不同功能的狀態。

關鍵詞：聲光指引??可編程邏輯控制器??貨物智能化管理??通信協議

中圖分類號：TP273

The?Warehouse?Lighting?Guidance?System?Based?on?the?PLC

JIANG?Xu1??ZHU?Xiaomi2

（1.Hubei?Qingjiang?Hydropower?Development?Co.，?Ltd.；2.China?Three?Gorges?High-Tech?Information?Technology?Co.，?Ltd.，?Yichang，?Hubei?Province，?443000?China）

Abstract：With?the?development?of?Internet?of?Things?technology，?enterprises?can?further?realize?intelligent?management，?improve?production?efficiency?and?reduce?production?costs.?Although?the?system?combining?the?database?and?the?barcode?can?realize?the?intelligent?management?of?goods，?it?is?difficult?to?accurately?find?the?storage?location?of?materials?when?sorting?and?placing?large?quantities?of?materials，?resulting?in?the?significant?reduction?of?operation?efficiency.?This?paper?designs?a?warehouse?lighting?guidance?system?based?on?the?programmable?logic?controller?（PLC），?which?uses?lighting?to?guide?locations?for?positioning.?The?system?has?a?wide?range?of?applicability，?which?is?not?only?used?in?the?warehousing?industry?but?also?in?other?industries，?and?it?plays?an?important?role?in?improving?efficiency.?The?lighting?guidance?system?includes?three?modules：?the?human-computer?interaction?module，?the?data?processing?module?and?the?execution?module，?and?two?communication?protocols：?PROFINET?and?RS485.?The?design?of?the?acousto-optic?guidance?system?can?realize?the?functions?of?the?collection?of?client?data，?the?data?transmission?between?the?client?and?the?lower?computer，?and?the?driving?of?the?LED?light?by?the?lower?computer.?Finally，?the?system?uses?the?different?colors?of?different?light?signals?to?indicate?the?status?of?different?functions.

Key?Words：Acousto-optic?guidance;?Programmable?logic?controller;?Intelligent?cargo?management;?Communication?protocol

傳統貨架在物資管理中是不可或缺的重要組件，當倉庫規模不斷擴大，貨架數量、物資種類、物資樣式逐漸增多，物資的定位便成為了最大痛點。本次研究的主要目的是采用基于可編程邏輯控制器（Programmable?Logic?Controller，PLC）的控制器構建一套倉庫燈光指引系統，對倉庫物資進行快速定位并進行燈光指引。

1??概述

基于PLC[1]的倉庫燈光指引系統，即在傳統的倉庫之中引入智能燈光引導功能，實現智能化指引倉庫物資的出入庫和查詢等功能，使得倉庫工作人員更高效地準確完成倉庫的作業工作。

倉庫的貨物存置類型可以分為兩類，分別是稀疏型和緊密型。其中稀疏型倉庫的貨物較大、位置較寬敞，倉庫工作人員可以較容易對貨物進行查找；而緊密型倉庫的貨物擺放排列較為緊湊，工作人員對貨物的查找相對復雜，需要仔細盤點。本文針對的是在緊密型倉庫進行LED燈指引定位系統設計[2]。

2??研究內容

本文基于PLC，設計三個模塊：人機交互模塊、數據處理模塊、執行模塊；模塊間使用兩個工業現場總線通信協議：PROFINET、RS485。

人機交互界面采用西門子TP2200，精智面板21.5寸，1?600萬色LED背光，16：9寬屏顯示。整個系統運行于網絡中，網絡通信采用現場總線PROFINET[3]。

數據處理模塊與執行模塊采用主從模式RS485總線結構進行數據通信。

執行模塊采用分布式IO連接LED燈，不同顏色分別對應位置作業的不同功能。

3??系統的總體設計

燈光指引系統，通過人機交換界面輸入或掃碼槍掃碼獲取信息后，系統對接收到的數據進行處理從而做出相應的命令，對不同作業位置不同功能的LED燈進行點亮，對用戶的倉庫作業進行引導[4]。

3.1人機交互模塊

人機交互模塊由掃碼槍、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、數據可視化等數據傳輸[5]。

3.2數據處理模塊

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，進行數據處理，引導、分配空余位置。

3.3執行模塊

執行模塊由數個遠程IO模塊、LED燈組成，每個遠程IO模塊最大支持32個節的輸出模塊擴展，接線采用共陰極接線方法控制燈帶，根據分配的位置進行燈光的指引。

4??系統的實現方案

4.1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，標準串口，通?？梢灾边B電腦設備。使用接口時，需要串口工具才可以正常輸出，如串口調試助手、超級終端等工具，不需要安裝驅動，支持指令觸發。在該系統中，我們通過網關將掃碼槍接入

PROFINET系統中，將掃碼槍掃描到的條形碼信息上傳到PN網絡主站，以西門子PLC1200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[6]。

4.2系統鏈接

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通信線需要注意：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之間需要加條RS232交叉串口線，一頭是針與掃描槍相連，另一頭是孔與網關RS232口相連。

4.3工程配置：GSD文件導入

（1）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。

（2）選擇網絡視圖，在右側硬件目錄中選擇對應的CPU型號雙擊加到工程。

（3）在選項菜單列選擇“安裝設備描述文件”。

（4）在網關的官網上下載GSD文件后進行安裝。

（5）加入工程，如圖4所示。

（6）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”3個藍色字選擇PLC_1.PROFINET接口。

（7）對CPU側的PROFINET地址進行配置。雙擊CPU進入設備視圖，單擊選中CPU的

PROFINET接口，在接口常規里設置以太網地址。

（8）配置PN-G2-RS232側PROFINET地址。通過點擊設備進入設備視圖，單擊PROFINET接口對其進行選中操作，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）。

（9）配置PN-G2-RS232的RS232/485接口。點擊模塊進行屬性設置，針對模塊參數項，進行設置RS232/485波特率、奇偶校驗、數據位以及停止位。波特率支持57.6K、38.4K、19.2K、9.6K、4?800、2?400。

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：設置成Slave時，網關上電進入準備接收狀態，適用于網關232/485接口首先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?離線：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、1?s等。

（10）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。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pn-rs232-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[7]。在設備視圖中選中網關圖標，點擊在線或分配設備名稱；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。

4.4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型顯示。

單點通信RS-232與多點通信RS485選擇PLC與遠程IO通信主要是通過PLC控制器與遠程IO內部串口功能實現?？刂破鞯拇谫Y源數是有限的，應該通過合理高效地利用串口資源從而對系統性能進行提升。串口通信協議通常包括兩種：RS-232和RS-485。在通信模式方面，RS-232進行一對一的點到點通信，發送和接收數據采用的是相互獨立的物理信道，從而實現全雙工；而RS-485則是一對多的點到面通信，一個上位機會對應多個下位機，發送和接收數據共用一個物理信道，實現的是半雙工。

在通信距離方面，出于兩種通信的方式不同，RS-232存在共地噪音，沒有共模抑制能力，而RS485總線通信則是平衡式發送，有良好的共模抑制能力。因此兩種發射方式的通信距離差距較大，前者僅支持15?m范圍內的短距離通信，而后者則支持1?200?m范圍的長距離通信。

本文考慮遠程IO模塊通信距離長以及最大化串口資源利用率，采用RS485總線通信模式，實現一對多的通信。

5?結語

倉庫燈光指引系統實現了倉庫作業全程智能化，為作業人員提供貨位燈光指引，方便作業員快速定位貨位位置。引導系統通過不同LED燈的不同顏色表達不同的作業功能[8]。

本論文順利完成了倉庫燈光引導系統的開發設計，主要包括以下工作內容。

第一，人機交互模塊設計。人機交互模塊采集工作票條碼數據，采用條碼掃碼的方式實現用戶快捷輸入條碼號；數據封裝，與數據處理模塊建立通信，發送數據消息，將采集的數據直接發送數據處理模塊進行校驗，并讀取數據處理模塊的內容展示在觸摸屏上。

第二，數據處理模塊設計。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。

第三，執行模塊設計。通過LED電路實現系統引導功能，接收數據處理模塊發來的指令。

本論文采用西門子PLC，根據倉儲系統具體的應用需求，針對性地進行模塊化設計，實現了對倉庫作業人員進行引導的功能，初步開發出了具有實際應用價值的系統，幫助作業人員更高效、準確無誤地完成倉庫作業工作。

參考文獻

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[3] 劉士立.?基于Linux的智能倉庫引導系統[D].蘇州：蘇州大學，2012.

[4] 程萬青.?B物流公司智慧化倉庫管理研究[D].上海：上海外國語大學，2021.

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[6] 吳凡.?智能倉庫管理系統的設計與實現[D].武漢：華中師范大學，2019.

[7] 吳曦.?智能可穿戴燈光裝備控制系統的設計與實現[D].武漢：華中科技大學，2019.

[8] 李珍，谷禹，姚偉嫤，等.智能倉儲控制系統的設計與實現[J].集成電路應用，2023，40（3）：124-125.