武 鵬，凌海風(fēng)，陳海松，楊煒辰

(解放軍理工大學(xué)，南京 210007)

相比于部隊(duì)級工程兵倉庫，總部級、軍區(qū)級的工程兵器材倉庫具有儲(chǔ)存器材數(shù)量大、種類多，出入庫業(yè)務(wù)頻繁等特點(diǎn)，經(jīng)常會(huì)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(shí)，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(jìn)行手工查找揀貨，很明顯會(huì)降低器材出庫的速度和準(zhǔn)確率;或是多個(gè)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(huì)占用較大的人力物力資源［1］。因此，需要在出入庫業(yè)務(wù)中引入適合的信息技術(shù)，技術(shù)的引入主要解決以下4 點(diǎn)需求［1］:①實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(hù)簡便。

可編程邏輯控制器(programming logic controller，PLC)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，它具有高可靠性、高處理性能、安裝簡單等特點(diǎn)。將PLC應(yīng)用到實(shí)際的出入庫業(yè)務(wù)中，通過設(shè)計(jì)用來控制PLC 的軟件實(shí)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(zhǔn)確度［2］。

1 PLC 控制技術(shù)

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(jì)算機(jī)，是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。因此，它的硬件配置與一般微機(jī)裝置類似，PLC 的硬件主要由中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、電源、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)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(gè)PLC 的核心，它主要負(fù)責(zé)接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的數(shù)據(jù)和程序、診斷電源以及PLC 內(nèi)部電路的工作故障和程序中的語法等錯(cuò)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(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，專業(yè)性的生產(chǎn)廠商也有很多，這其中主要包括OMRON、西門子、三菱等實(shí)力雄厚的大企業(yè)。OMRON 在業(yè)內(nèi)一直享有很高的盛譽(yù)，是PLC 界的佼佼者，它所生產(chǎn)的PLC 性能優(yōu)越、功能強(qiáng)大，已經(jīng)在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。因此，選用OMRON 生產(chǎn)的PLC 作為應(yīng)用在倉庫的控制器。歐姆龍現(xiàn)在的主流機(jī)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(diǎn)和10k、20k 步程序容量已經(jīng)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(yīng)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(yùn)行在電腦上，完成畫面顯示、報(bào)表、存儲(chǔ)查詢、報(bào)警等供用戶直觀查看的功能。它可以將邏輯原理圖轉(zhuǎn)換為實(shí)際順序控制。但是由于PLC 組態(tài)軟件價(jià)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(lǐng)域的普遍應(yīng)用。一套常用的組態(tài)軟件價(jià)格常常達(dá)到數(shù)萬元，這不可避免地制約了它的進(jìn)一步應(yīng)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(jī)的串口通信協(xié)議，從而實(shí)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(jī)通信協(xié)議的基礎(chǔ)之上完成的，這樣有利于明晰控制流程，而且整個(gè)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(jìn)行控制。

2 器材出入庫貨位提示系統(tǒng)的總體規(guī)劃與設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

本器材出入庫貨位提示系統(tǒng)的核心理念為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(nèi)的PC 機(jī)(PLC 的上位機(jī))上，采用C/S 結(jié)構(gòu)，使用的數(shù)據(jù)庫部署在服務(wù)器上，方便數(shù)據(jù)的及時(shí)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(gè)貨位均裝有一個(gè)LED 指示燈和一個(gè)蜂鳴報(bào)警器。上位機(jī)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(jìn)行連接。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 器材出入庫貨位提示系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

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

2.2 器材出入庫貨位提示系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.2.1 器材出入庫貨位提示系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

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

本系統(tǒng)的功能簡單但目的性很強(qiáng)，突出滿足了軍區(qū)級、總部級倉庫的器材出入庫業(yè)務(wù)中的實(shí)際需求，具有很強(qiáng)的實(shí)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(gè)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(jī)的通信協(xié)議，將具體命令動(dòng)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(jīng)生成好的命令包從而實(shí)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(yīng)

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

圖3 系統(tǒng)功能流程

2.2.2 PLC 控制設(shè)計(jì)

1)器材貨位代碼的獲取與格式轉(zhuǎn)化

通過實(shí)地調(diào)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(gè)貨架都有一個(gè)“行號”;每個(gè)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(gè)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?dāng)?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(shí)，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(shí)，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(jī)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(jìn)制;在PLC 處理分析命令包時(shí)，會(huì)將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。因此需要將十進(jìn)制的貨位代碼進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化。

2)命令包設(shè)計(jì)

CJ1M 型OMRON PLC 與上位機(jī)的通信過程是由上位機(jī)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(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

現(xiàn)以一個(gè)格式為“@00WR0100357D31* ”的命令包為例，詳細(xì)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(diǎn)號”即為所控制PLC 編號，一臺(tái)上位機(jī)可控32臺(tái)PLC，故編號分別為00 ～31，“00”表示第一臺(tái)PLC。

c)“命令”即為上位機(jī)控制PLC 所執(zhí)行的動(dòng)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(gè)四位的BCD 碼組成，在此設(shè)計(jì)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(shí)際的數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)，它是一個(gè)由四個(gè)十六進(jìn)制數(shù)組成的四位數(shù)。之前提到的一個(gè)貨架共有16 個(gè)貨位，因此可以用0 ～15 表示16 個(gè)貨位，由于在PLC 中數(shù)據(jù)的操作格式為二進(jìn)制，因此可以將16 個(gè)貨位分為4 個(gè)區(qū)。每個(gè)區(qū)對應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)的一位十六進(jìn)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(yīng)貨位代碼關(guān)系表

如圖6 內(nèi)表格所示，例舉寫入數(shù)據(jù)為“357D”，根據(jù)上表的對應(yīng)關(guān)系得出16 個(gè)貨位的有值位(帶下劃線的數(shù)據(jù)位)，又因?yàn)椤捌鹗甲帧北硎緸椤?100”，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(gè)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(gè)貨位的LED 指示燈亮、蜂鳴器報(bào)警。

f)長度為2 字符的FCS 校驗(yàn)碼為“31”，它的計(jì)算是在上位機(jī)上完成的。

3 器材出入庫貨位提示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與運(yùn)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(tái)式機(jī)上基于Windows 操作系統(tǒng)進(jìn)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(jī)中。它的開發(fā)環(huán)境和運(yùn)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(yùn)行環(huán)境

3.2 系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

器材出入庫貨位提示系統(tǒng)的功能是將上位機(jī)與PLC 建立連接，通過向PLC 發(fā)送自動(dòng)生成的命令包，從而實(shí)現(xiàn)PLC對出庫單中所包含器材的貨位即時(shí)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(shè)置相關(guān)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(huì)自動(dòng)將該出庫單內(nèi)所包含器材的貨位代碼取出，并將每個(gè)代碼放到數(shù)組iss［］中。

3)自動(dòng)生成命令包并向PLC 發(fā)送

系統(tǒng)結(jié)合取到的貨位代碼，自動(dòng)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(bào)點(diǎn)

在進(jìn)行兩個(gè)出庫單的器材貨位提示之間需要對前一次的報(bào)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行清空處理，具體執(zhí)行代碼如下:

4 結(jié)束語

PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，具有處理高性能、模塊化結(jié)構(gòu)、多樣化I/O 接口、安裝維護(hù)簡便等特點(diǎn)。將其引入到維修器材出入庫業(yè)務(wù)中，較好地實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)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(biāo)。對提升維修器材出入庫業(yè)務(wù)的質(zhì)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(xué)出版社，2005:106-109.

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

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