PLC与WINCC组成的人机界面在小型立体仓库中的应用

２０１４年　第１０期　第３６卷总第２４４期　物流工程与管理　ＬＯＧｌ　ＳＴＩ　ＣＳ　ＥＮＧＩ　ＮＥＥＲｌ　ＮＧ　ＡＮＤ　ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ　物流技术　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉ　ＳＳＮ．１６７４—４９９３．２０１４．１０．０３０　ＰＬＣ与ＷＩＮＣＣ组成的人机界面在小型立体仓库中的应用　口王加安，车英　（长春理工大学光电工程学院，吉林长春１３００２２）　【摘要】２１世纪物流业发展迅速，推动了物流技术的改革与创新。文中介绍了德国西门子ｓ７系类ＰＬＣ与　ＷＩＮＣＣ组建的人机界面在小型立体仓库控制系统中的应用，设置在作业现场的触摸屏操作台让操作更加简单便捷　迅速。友好系统的设计使得整个监控过程更加可视化，提高了工作效率，拥有ＰＣ机和触摸屏两个控制终端的系统　设计理念将会在未来的控制系统设计中被广泛应用。　【关键词】ＰＬＣ；ＷＩＮＣＣ；人机界面；触；睫屏　【中图分类号】Ｆ２５０　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１６７４—４９９３（２０１４）１０－００７３—０３　Ｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＰＬＣ　ａｎｄ　ＷＩＮＣＣ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｓｍａｌｌ　Ｗａｒｅｈｏｕｓｅ　口ＷＡＮＧ　Ｊｉａ—ａｎ。ＣＨＥ　Ｙｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｏｐｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１　３００２２，Ｃｈｉｎａ）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｉｎ　ｔｗｅｎｔｙ—ｆｉｒｓｔ　Ｃｅｎｔｕｒｙ　ｉｓ　ｑｕｉｃｋｌｙ　ｔｈａｔ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ｔｈｅ　ｒｅｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ＳＩＥＭＥＮＳ　Ｓ７　ＰＬＣ　ｏｆ　Ｇｅｒｍａｎｙ　ａｎｄ　ＷＩＮＣＣ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｉｌ—ｍａｃｈｉｎｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｓｍａｌｌ　ｗａｒｅｈｏｕｓｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｓｅｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋ　ｓｉｔｅ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｍｏｒｅ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ａｎｄ　ｆａｓｔ．１　ｉｓ　ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍａｋｅｓ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｍｏｒｅ　ｖｉｓｕａ１．　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｗｏｒｋ　ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｈａｖｅ　ａ　ｆＰＣ　ａｎｄ　ｔｏｕｃｈ　ｓｃｒｅｅｎ　ｔｗｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｄｅａ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｗｉｄｅｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ＰＬＣ；Ｗ１ＮＣＣ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ＨＭＪ　１引言　动和自动两种工作模式。本自动化立体仓库系统主要由触摸　随着现代信息管理技术的日益完善和高速发展，越来越　多的企业开始尝试使用现代物流管理。自动化的立体仓库就　是现代物流管理的产物。自动化立体仓库的发展离不开物流　屏（ＨＭＩ）、ＷＩＮＣＣ组态王、ＰＬＣ控制柜、ＰＣ上位机、位　置传感器、限位开关（分为接近式和机械式）、称重天平、伺　服电机等组成。　装备和物流软件这两个关键因素。自动化立体仓库系统软件　通常由两部分组成：仓库管理系统（ＷＭＳ）和仓库设备控制系　统（ｗｃｓ）。ＷＭＳ涉及仓储系统的业务流程、规则，还包括　货物在入库前需要进行称重，空中机械臂从装载小车上　将货物取送至堆垛机的Ｖ型块上，由堆垛机与称重工位的机　构配合完成称重并记录数据，之后再将货物送至立体仓库。　整个大的物流系统所有信息接口，这些信息接口有机地结合　了物流环境和仓储子系统，运作协调。ＷＣＳ是分为３个层　级的利用计算机进行管理与监控系统。执行机构动作的控制　通过可编程序控制器（ＰＬＣ）实现，在监控计算机与各可编程　控制器之间建立特殊的网络连接一现场总线，组成分布式控　制系统，构成管理计算机一监控计算机一执行终端机ＰＬＣ　的３级自动化仓库管理与监控系统…。要将自动化仓库控制　待一批货物（最多为６４个）全部称重并入库后，根据本批　货物的需要，由操作人员将货物根据要求取走即出库，堆垛　机将指定的货物取出送至仓库右端的喷码工位，再经右边的　空中机械臂送到货车上。　３控制系统的硬件和工作方式　３．１系统的硬件　该装置采用的是台式的结构，由立体库位框架、堆垛机、　触摸屏等组成，并配有控制器（ＰＬＣ）、传感器（接近式、机械　式】、伺服电机、触摸屏以及驱动系统等，构成了典型的机电一　体化立体仓库的模型。其中，立体框架式库位用于存放货物　盘，并设有称重和喷码两个工位作为进出货物的缓冲区。　３．２系统工作方式　系统与产品的管理联系起来，两者之间就需要通过信息平台　联系起来，组态软件ＷＩＮＣＣ是构建联系的有效途径。　２系统概述　根据本系统的设计要求，由于货物具有特殊性，所以操　作人员的中央控制室与现场设备须分离。同时系统要具有手　【收稿日期】２０１４—０９—２７　【作者简介】王加安（１９９０一），男，长春理工大学光电工程学院，仪器科学与技术硕士研究生。　车英（１９６４一），男，长春理工大学光电工程学院，教授，博士生导师。　７４　物流工程与管理　第３６卷　工作方式分为两种：手动方式和自动方式。　手动工作方式比较简单，监控机输入或者从触摸屏输入　控制堆垛机的前进、后退及上下的动作，对货物进行存放或　者提取。　自动工作方式即堆垛机根据事先输入的命令自动存储货　物，并按照相关要求自动提取所需要的货物。主要由３个参　数确定库位的地址即ｘ轴方向（水平方向）、Ｙ轴方向（垂直　方向）、ｚ轴方向（货物进出库位）。定位传感器主要由两部　分组成，一个部分是堆垛机运行的极限位置，即Ｘ轴和Ｙ轴　的左右两个极限，采用的是限位开关（行程开关）；立体仓库　的ｘ轴和Ｙ轴则采用光电传感器计数的方法进行定位。　３．３控制方法　①货物的存取分为手动或者自动。并且两者之间可以进　行切换。在自动工作方式下，可由键盘或者触摸屏输入指定　库位号，进行自动存取。　②实时的监控和故障诊断。采用ＷＩＮＣＣ６．０组态软件，　实现上位机与Ｓ７—３００ＰＬＣ之间的通信，实现功能。　４系统软件的设计　４．１人机界面　人机界面（ＨＭＩ）是操作人员与机器设备之间双向沟通的　桥梁，是用户可以自由地组合文字、按钮、图形、数字等来处　理、监控、管理或应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。　使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时还能　减少ＰＬＣ监控器所需的Ｉ／Ｏ点数，降低生产成本。触摸屏又　称可编程终端（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｔｅｒｍｉｎａｌ，简称ＰＴ【２】），触摸　显示屏不仅能够减少１台ＰＬＣ控制面板上的操作按钮以及其　它操作部件，而且，方便在同１台设备加工不同工件时的程　序选择及程序中的控制参数修改；触摸屏的使用简化了人机　沟通；利用触摸屏取代ＰＬＣ控制设备的操作面板，充分利用　ＰＬＣ中的内存，相当于将ＰＬＣ控制设备操作面板的硬件通过　软件的形式储存于ＰＬＣ中，并减少了大量的硬件设施以及由　此而带来的故障【３Ｉ。本系统采用步科公司的ＭＴ４４ｌ４Ｔ型触　摸屏，其主要有采用行业内最高速８００ＭＨｚ　ＣＰＵ，快速的　数据处理和传送能力，为高效工作提供保障；　６５５３６色彩　显示以及８００　４８０的高分辨率，画面更加细腻逼真。　人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件由处理器、　显示模块、输入模块、通信模块和数据存储模块组成。　Ｉ界面组态软件　。。。…一……　…………～　｛ｌ　‘　ｌ　设备驱动　处理器　系统内核软件　图１人机界面软件组成　ＨＭＩ软件通常由两部分组成，一是系统软件在ＨＭＩ硬件　中运行的、二是画面组态软件在安装有Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统　的ＰＣ机上运行。首先用户使用ＨＭＩ的画面组态软件制作“工　程文件”，再通过ＰＣ机和ＨＭＩ产品的串行通信口，把编制好　的“工程文件”下载到ＨＭＩ的处理器中运行。软件构成如图　１所示。　４．２　ＭＴ４４１４Ｔ触摸屏与Ｓ７—３００ＰＬＣ的通信连接　采用２４Ｖ的稳压电路为其供电。图２为触摸屏供电电路。　图２为触摸屏供电电路　触摸屏与Ｓ７　３００ＰＬＣ之间采用ＭＰＩ通信方式。ＭＰＩ　是多点接口（Ｍｕｌｔｉ　Ｐｏｉｎｔ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）的简称，是西门子公司　开发的用于ＰＬＣ之间通讯的保密的协议，它的物理层是　ＲＳ一４８５。ＭＰＩ通讯是一种简便经济的通讯方式，经常应用　在通信速率要求不高、通信数据量不大的系统中。１９．２Ｋｂｐｓ　到１２　Ｍｂｐｓ是ＭＰＩ网络的通信速率，其节点最多为３２个。　ＭＰＩ网络拥有一个固定的网号，在组建ＭＰＩ网络前，要为每　一个待用的节点分配１个ＭＰＩ地址和１个最高ＭＰＩ地址，　确保每一个通过ＭＰＩ的节点之间可以相互通信【４】。ＰＬＣ通过　此接口建立与触摸屏ＭＴ４４１４Ｔ通信。ＳＴＥＰ７的用户窗口界　面包含通信组态功能，使通信的组态比较简单。　４．３　ＷＩＮＣＣ组态软件的设计　ＷＩＮＣＣ系列组态软件是西门子公司针对于自动化控制　系统而开发的组态软件，从而实现了对控制系统的实时监控。　ＷＩＮＣＣ　Ｖ６组态软件可以与多种自动化设备及控制软件集成，　具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，　功能齐全－５ｌ。用户能使用其提供的友好界面进行画面组态、　程序编写以及管理数据，可依据控制需要设计操作画面、监视　画面、控制画面、报警画面等。形象直观、图文并茂、简便　灵活的操作环境，软件设计周期缩短，而且提高了工作效率。　ＷＩＮＣＣ　Ｖ６组态软件的另一个特点在于其整体开放性，它可　以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人　机界面，满足实际需要。　４．３．１　ＷＩＮＣＣ与Ｓ７—３００的通信　本系统ＷＩＮＣＣ与Ｓ７—３００ＰＬＣ采用ＰＲＯＦＩＢＵＳ协议　进行通信。对软硬件的具体要求是：　①ＰＣ机　ＭＳ　Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ　ＳＰ　１（或　ＳＰＩａ）或ＳＰ２操作系统；　②ｓ７—３００系列ＰＬＣ　ＣＰ３４２—５及ＣＰＵ３１５—２ＤＰ；　（￣）ＣＰ５４１２　Ａ２板卡有一个ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信接口，可　作主站和从站；　第１　Ｏ期　王加安等：ＰＬＣ与ＷＩＮＣＣ组成的人机界面在小型立体仓库中的应用　７５　￣ＰＲＯＦＩＢＵＳ电缆及接头；　⑤安装ＣＰ５４１２　Ａ２板卡驱动程序；　⑥安装ｗＩＮＣＣ组态软件及通讯驱动程序　ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ；　添加一个新的驱动程序，并为该驱动程序选择ＰＲＯＦＩＢＵＳ　ＤＰ．ＣＨＮ，选用ＣＰ５４　１２（Ａ２）Ｂｏａｒｄ　１，具体参数设定在　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ完成。ＣＰ５４　１２（Ａ２）ｂｏａｒｄ参数为１，　表示板卡的编号；Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ参数为组态时生成的　．ｔｘｔ文件　的完全路径；Ｗａｔｃｈｄｏｇ　ｔｉｍｅ参数为０。建立一个新的连接，　⑦组态软件ＣＯＭ　ＰＲＯＦＩＢＵＳ及驱动程序软件　ＰＢＤＰ一５４１２：　从站地址需要和通信模块地址保持一致。　④建立变量。ＷＩＮＣＣ中的变量类型分为Ｉｎ和Ｏｕｔ两类。　这里的Ｉｎ和Ｏｕｔ都是对于主站而言的，即Ｉｎ表示ＷＩＮＣＣ　从Ｓ７－３００系列ＰＬＣ读入数据（需处理的信号），ｏｕｔ表示　ＷＩＮＣＣ向Ｓ７—３００系列ＰＬＣ写出数据（信号处理的结果）。　５结束语　硬件电路连接图如图３　监控计算机ｌ　Ｉ　主站　本系统通过ＭＰＩ通信协议将触摸屏ＭＴ４４　１　４Ｔ与西门子　Ｓ７—３００ＰＬＣ连接，ＷＩＮＣＣ通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ与Ｓ７—３００ＰＬＣ　进行通信，这种设计方式不仅仅使用了少量的电器元件，避　免了复杂的电气接线，方便了设备后期的检修工作，而且设　图３硬件电路连接图　计了更加人性化的操作界面，电动设备监测控制更容易实现，　更好的完善立体仓库的智能化，提高仓库的使用效率。大量　４．３．２具体参数设置　①组态。打开ＳＩＭＡＴＩＣ　ＮＥＴ＼ＣＯＭ　ＰＲＯ￣ＢＵＳ，新加　一机电一体化的设计应用于立体仓库，使得其在某些特定的领　域发挥更加实用、方便、安全。　［参考文献］　［Ｉ】宋伯生．ＰＬＣ编程实用指南（含１ＣＤ）【Ｍ】．北京：机械工　业出版社。２００６．　个组态，主站为ｓ０ＦＴＮＥＴ—ＤＰ，从站是ＰＲＯＦＩＢＵＳ，ＤＰ。　从站地址选择需要与ＰＬＣ通信模块的地址保持一致。接着分　配从站的配：打开从站属性，在Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ选项中，选择　８ｂｙｔｅｓ　ｉｎ／８ｂｙｔｅｓ　ｏｕｔ。　②设置ＰＧ／ＰＣ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ。在Ａｃｃｅｓｓ　Ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ中选择ＣＰ＿Ｌ２—１，在Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒ　【２】杨国栋，沈培宏．触摸屏技术发展简介Ⅱ】．光电技术，　２００２，４３，（１）：４９—５５．　Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ选择ＣＰ５４　１　２　Ａ２（ＰＲＯＦＩＢＵＳ）在属性里激活　［３廖常初．３］ＰＬＣ编程及应用［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００５．　［４】杜学普，吴晓君，曹凌．基于ＭＰＩ网络的ＰＬＣ饮料生产　线监控系统　工业控制计算机，２００８，２１，（１）：９－１０．　ＤＰ协议，并在ＤＰ—Ｄａｔａｂａｓｅ参数中输入　．１ｄｂ文件的完全　路径。待所有设置完成之后可通过系统的诊断来检测硬件配　置的正确性、通信是否连接成功。　（￣）ＷＩＮＣＣ软件的设置。在ＷＩＮＣＣ变量管理器中点击　【５刘峰．５】双馈风力发电机组控制系统的研究［Ｄ】．湖南大学，　２００８　（上接第９９页）　３．４大力提高地区经济发展水平　一银企联手营造良好的信用环境。三是加强特色经济带建设。　建议重点建设好武汉一鄂州一黄石冶金、医药工业走廊，武汉　一是借力中部崛起，主动承接沿海乃至境外的产业转移。　随州一襄樊一十堰汽车工业走廊，武汉～荆门～宜昌能源、　首先要借中部崛起的机遇，谋求国家在财政政策、税收政策、　投融资政策、产业政策上加大支持力度，支持湖北省老工业　基地的改造。其次在当前外资和东部企业的“西进”中，湖　北省凭借其区位优势、巨大的市场、整体上优于西部的工业　基础以及巨大的劳动力优势，更有条件承接沿海乃至境外的　产业转移。二是采取多种形式解决中小企业融资难题。①尽　快开通中小企业直接融资渠道，支持中小企业直接上市融资，　化工、饮料工业走廊，黄石一鄂州一武汉～仙桃一荆州沿江纺　织服装工业走廊，孝感一武汉一咸宁食品、建材和建筑工业走　廊，形成若干个特色明显的经济带。四是改革户籍管理制度。　建议按照实际居住地登记户口的原则，打破城乡分割的二元　户口管理结构，建立全省城乡统一的户口登记制度。取消进　城人口计划指标管理，以居住合法住所、职业、经济来源等　主要生活基础为户口迁移落户的依据，以准入条件取代进城　改变中小企业过分依赖间接融资的单一渠道状况；②扶持建　立和重点发展适合中小企业特点的中央、地方性金融机构，　人口控制指标，准入条件由各市政府制定，报上级政府备案。　大城市的准入条件根据本地发展实际尽可能放宽，中小城市　应基本放开准许入条件，只要居民有合法固定的住所、稳定　的职业或生活来源的，就应允许其长期居住，不要把他们“另　类对待”。　保证有效供应；③加大推进中小企业信用担保体系试点力度，　中央和地方财政应拿出专项资金用于试点工作和担保体系建　设；建立中小企业信用和监管制度，搞好中小企业资信档案，