基于MCGS小型智能仓储监控系统设计

陈心怡,胡 石,吴志光,张春雨

1.池州职业技术学院机电与汽车系，安徽池州,247000;

2.安徽科技学院机械工程学院，安徽滁州,239000

现代仓储管理运作提出高智能化、可视化和高效化的要求，其中仓储监控系统作为末端控制部分，其稳定性、集成性和兼容性直接影响着出/入库效率[1]。本项目便是围绕仓储监控系统展开的，前提是还需要设计相匹配的机械结构、PLC控制、气动系统等。PLC主要实现信号的分析并控制输出，进而传递给气动系统完成对现场设备的驱动，最后运用MCGS组态软件同步PLC设备、新型监控界面的设计、自定义添加数据、设计运行策略、主窗体设计，从而实现对整个系统进行监控[2]。通过PC、手机等终端浏览器可以方便查看各环节的运行状态等。

1 系统总体设计构架

针对仓储系统的工作流程，提出基于PLC的控制系统，实现将物料智能分选进入相应的加工模块滑道，加工后的物料再通过传送机构运输到指定位置，最后由库位机械手完成入库、出库工作。其机械运动部件的运动状况由MCGS来进行实时监控显示，实时监测的偏差由数据处理系统反馈至PLC并进行修正。系统的流程示意图如图1所示。

图1 系统的流程示意图

2 硬件设计

2.1 机械本体模块硬件设计分析

根据仓储系统分选、处理、入/出库流程，设有三个模块，整个系统框图如图2所示。

图2 系统机械本体的框图

当分选系统料斗里放入待分选物料工件时，最下端的物料首先经传感器识别，物料盘会转停在对应的滑道口，拨料杆动作将物料拨入滑道中，不同物料通过各自的滑道分别进入运输系统中各个相应的轨道中，在运输系统部分穿插有加工模块，使系统机械结构部分具备一定的功能扩展性。最后由轨道末端机械手和库机械手在PLC的控制下协调动作，实现物料工件的存储和调用。整个机械本体的结构如图3所示。

图3 机械本体结构

2.2 电气控制模块的硬件设计分析

通过分析本智能仓储系统机械本体及工作流程，宜采用基于PLC的控制系统，其总体构架如图4所示。本系统分为智能分选、分类运输加工、入库出库三个子系统，PLC输入端采集物料信息，经程序识别、运算后输出对应控制信号实现分选、运输加工与入库出库。

图4 电气控制的执行元件图

2.3 气动控制模块的硬件设计分析

本系统执行机构采用气压传动，气缸、吸盘、电机在PLC的控制下协调动作，完成工件的存储和调用。本仓储系统的气动系统涉及2个吸盘和8个气缸，系统较为复杂。本文以加工模块1部分的气压传动为例，其工作原理如图5所示。注意在使用真空吸盘吸取工件时，考虑到安全因素，应采取断电吸紧的方式。

图5 加工模块1气压传动系统回路图

3 MCGS监控系统设计

仓储智能控制包含基于PLC的过程控制系统和基于MCGS监控系统，本文主要是研究基于MCGS监控系统的设计。其核心技术是同步PLC、监控界面、自定义设置、运行策略等[3]。本研究采用的MCGS监控系统是一种基于Windows平台的组态软件系统[4]，包括实时数据的采集、处理、流程控制、动画模拟、安全预警和运行趋势分析等功能。

3.1 MCGS监控系统功能模块设计

MCGS的监控系统主要有用户窗口、实时数据库、运行策略、设备窗口、主控窗口等功能模块[5]。本监控系统采用多窗口界面，以满足全方位监控的需要。

本系统窗口设计的重难点是实时再现系统运行状态，实时监测PLC端口数据变化。据此，本方案通过全面分析分选系统、运输系统、入库出库系统等各个模块的运动过程，分别创建分选界面、物料运输界面(图6)和出入库界面(图7)。

图6 分选界面总体效果图

图7 物料运输界面总体效果图

3.2 MCGS 监控系统数据模块设计

3.2.1 MCGS与PLC间的通信设计

本仓储监控系统基于PC机，控制系统基于PLC,采用上下位机组态控制结构。具体控制过程如下：上位机PC发出准备建立连接的信号给下位机PLC，PLC收到后，回复ready信号；PC收到ok信号后，完成信息传输的准备工作。

读状态时,PC向PLC发出读命令。PLC响应并将I/O口信息存入寄存器，然后PC从I/O口寄存器获取仓储终端状态。写命令时， PC向PLC发出写命令及相关数据，PLC负责接收。在PC与PLC通信时，必须初始化通信端口。而且其初始化参数必须保证与PLC通信参数一致。另外，为了保证CPU的工作效率，缩短PLC的扫描周期，通信程序应尽可能设计得短小。

3.2.2 基于DDE“软通道”的MCGS数据交换系统

为提高信息传输效率，本系统建立基于DEE“软通道”的MCGS数据交换系统(见图8)，这样MCGS实时数据直接跳过Access数据库直接交换[6]。具体策略是在McgsRun的实时数据库里建立一个DDE变量，并将服务名登记为MCGSRun，主题名登记为DataCentre，项目名登记为InputSTime。

图8 入库、出库界面效果图

基于DDE“软通道”的MCGS数据交换系统包含两个模块：软I/O口和实时监控。软I/O口即基于DEE“软通道”程序，实时采集PLC输入输出口的数据并传输到MCGS，最后由监控完成数据显示或趋势图的制作并通过窗口显示。

3.2.3 电子报表输出设计

为丰富监控系统的信息采集渠道，增强监控系统数据处理能力，本MCGS 监控系统数据模块设计中还增加了电子报表输出功能。

4 结 语

通过对物流仓储系统的结构、工作原理的分析，提出了基于MCGS小型智能仓储监控系统的设计方案。本方案具有四个方面的特色：一是建立工作模型图，再现系统工作状态及末端参数；二是DDE“软通道”接口的设计较好地解决了开放式通讯协议接口的需求，便于组态软件对自动化设备进行控制；三是报表输出的设计可提高数据处理能力；四是多用户窗口的使用，监控数据、信息全面，无死角监控。

本系统的监控系统基于PC机，控制系统基于PLC,MCGS获得数据传输的主动权、监控的实时性得到明显改善。