基于PLC的仓库灯光指引系统

江旭 朱晓觅

摘要：本文設计了一个基于可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的仓库灯光指引系统，即利用灯光指引位置进行定位。该系统适用性广泛，不仅在仓储行业内使用，还可以应用在其他行业，为提高效率发挥重要作用。设计声光指引系统可以实现客户端数据采集，客户端和下位机间的数据传输，以及下位机对LED灯进行驱动等功能。最后，系统利用不同灯号的不同颜色，表示不同功能的状态。

关键词：声光指引  可编程逻辑控制器  货物智能化管理  通信协议

中图分类号：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

傳统货架在物资管理中是不可或缺的重要组件，当仓库规模不断扩大，货架数量、物资种类、物资样式逐渐增多，物资的定位便成为了最大痛点。本次研究的主要目的是采用基于可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的控制器构建一套仓库灯光指引系统，对仓库物资进行快速定位并进行灯光指引。

1  概述

基于PLC[1]的仓库灯光指引系统，即在传统的仓库之中引入智能灯光引导功能，实现智能化指引仓库物资的出入库和查询等功能，使得仓库工作人员更高效地准确完成仓库的作业工作。

仓库的货物存置类型可以分为两类，分别是稀疏型和紧密型。其中稀疏型仓库的货物较大、位置较宽敞，仓库工作人员可以较容易对货物进行查找；而紧密型仓库的货物摆放排列较为紧凑，工作人员对货物的查找相对复杂，需要仔细盘点。本文针对的是在紧密型仓库进行LED灯指引定位系统设计[2]。

2  研究内容

本文基于PLC，设计三个模块：人机交互模块、数据处理模块、执行模块；模块间使用两个工业现场总线通信协议：PROFINET、RS485。

人机交互界面采用西门子TP2200，精智面板21.5寸，1 600万色LED背光，16：9宽屏显示。整个系统运行于网络中，网络通信采用现场总线PROFINET[3]。

数据处理模块与执行模块采用主从模式RS485总线结构进行数据通信。

执行模块采用分布式IO连接LED灯，不同颜色分别对应位置作业的不同功能。

3  系统的总体设计

灯光指引系统，通过人机交换界面输入或扫码枪扫码获取信息后，系统对接收到的数据进行处理从而做出相应的命令，对不同作业位置不同功能的LED灯进行点亮，对用户的仓库作业进行引导[4]。

3.1人机交互模块

人机交互模块由扫码枪、西门子TP2200精智面板触摸屏组成，21.5寸1 600万色LED背光，16：9宽屏显示，主要用来进行数据操作，执行出库、入库、系统初始化、系统设置、数据可视化等数据传输[5]。

3.2数据处理模块

数据处理模块由西门子1200PLC组成，通过现场总线通信协议PROFINET与人机交互模块进行通信，获取人员操作信息，进行数据处理，引导、分配空余位置。

3.3执行模块

执行模块由数个远程IO模块、LED灯组成，每个远程IO模块最大支持32个节的输出模块扩展，接线采用共阴极接线方法控制灯带，根据分配的位置进行灯光的指引。

4  系统的实现方案

4.1扫码枪接入PROFINET系统

扫码枪的通信接口多为RS232通信接口，RS232接口又称COM口，标准串口，通常可以直连电脑设备。使用接口时，需要串口工具才可以正常输出，如串口调试助手、超级终端等工具，不需要安装驱动，支持指令触发。在该系统中，我们通过网关将扫码枪接入

PROFINET系统中，将扫码枪扫描到的条形码信息上传到PN网络主站，以西门子PLC1200作为PN主站，网关PN侧作为PROFINET IO，网关RS232侧作为串口从站用来接收扫码枪上传的条形码信息[6]。

4.2系统链接

西门子1200PLC通过PN专用网线与网关PN接口相连，RS232接口与扫描枪RS232口相连。RS232通信线需要注意：由于扫描枪RS232引脚定义为2TD3RXD5GND，网关RS232引脚也为2TD3XD5GND，故扫描枪与网关RS232之间需要加条RS232交叉串口线，一头是针与扫描枪相连，另一头是孔与网关RS232口相连。

4.3工程配置：GSD文件导入

（1）打开博图（当前使用的是博图V16专业版），点击项目→新建，输入工程名称后创建。

（2）选择网络视图，在右侧硬件目录中选择对应的CPU型号双击加到工程。

（3）在选项菜单列选择“安装设备描述文件”。

（4）在网关的官网上下载GSD文件后进行安装。

（5）加入工程，如图4所示。

（6）添加PROFINET网络。选中CPU以太网接口，点击右键添加子网，然后选中PN-G2-RS232“未分配”3个蓝色字选择PLC_1.PROFINET接口。

（7）对CPU侧的PROFINET地址进行配置。双击CPU进入设备视图，单击选中CPU的

PROFINET接口，在接口常规里设置以太网地址。

（8）配置PN-G2-RS232侧PROFINET地址。通过点击设备进入设备视图，单击PROFINET接口对其进行选中操作，在此处进行通信设置即设置以太网地址（此地址必须与CPU地址在同一网段内，一般PLC会自动分配）。

（9）配置PN-G2-RS232的RS232/485接口。点击模块进行属性设置，针对模块参数项，进行设置RS232/485波特率、奇偶校验、数据位以及停止位。波特率支持57.6K、38.4K、19.2K、9.6K、4 800、2 400。

数据位、校验位、停止位：8数据位无校验1停止位。

8数据位偶校验1停止位。

8数据位奇校验1停止位等。

模式：设置成Slave时，网关上电进入准备接收状态，适用于网关232/485接口首先接收到请求后响应或网关只接收请求的场景（收发、收收），接扫描枪时需配置成Slave模式。

PN 离线：设置成RUN时，当PN掉线串口232/485输出仍发送。

设置成STOP时，当PN掉线串口232/485输出停止发送。

发送时间间隔可选：100 ms、200 ms、400 ms、600 ms、800 ms、1 s等。

（10）IO配置。

选中相应的插槽，在右侧的硬件配置选择模块→D→in16 Bytes双击加入配置中，同理加入Out16 Bytes。

为PN-G2-RS232网关分配设备名：PN-G2-RS232/485网关作为一个PROFINET从站，在使用时需要给每个从站分配设备名，PROFINET主站以此来对从站进行区分，硬件组态中的设备名必须与PROFINET从站的名称相同，否则无法正常通信。方法如下所示：首先在PN-G2-RS232/485的设备视图中，为该模块设置设备名称，也可保持默认名称，这里将该模块命名为pn-rs232-gateway（需使用小写字母、数字格式设备名），将设备名下载到网关中，将

PC机通过网线与PN-G2-RS232网关连接好，并为PC机分配一个IP地址[7]。在设备视图中选中网关图标，点击在线或分配设备名称；在网关设备视图添加输入字节用来接收来自扫描枪的数据，数据长度配置按照扫描枪支持的字节长度自主调整。添加一条16wod即32Byte长度的输入。

4.4工程调试

将工程下载到PLC中，模块的SYS、CFG、RUN灯均为绿色长亮代表PN通信正常，每当扫描枪扫描一次条形码，掃描枪232口就会向网关232接口发送一次条形码数据，通过博途软件的监控表监测条形码数据，数据类型需要设置成字符型显示。

单点通信RS-232与多点通信RS485选择PLC与远程IO通信主要是通过PLC控制器与远程IO内部串口功能实现。控制器的串口资源数是有限的，应该通过合理高效地利用串口资源从而对系统性能进行提升。串口通信协议通常包括两种：RS-232和RS-485。在通信模式方面，RS-232进行一对一的点到点通信，发送和接收数据采用的是相互独立的物理信道，从而实现全双工；而RS-485则是一对多的点到面通信，一个上位机会对应多个下位机，发送和接收数据共用一个物理信道，实现的是半双工。

在通信距离方面，出于两种通信的方式不同，RS-232存在共地噪音，没有共模抑制能力，而RS485总线通信则是平衡式发送，有良好的共模抑制能力。因此两种发射方式的通信距离差距较大，前者仅支持15 m范围内的短距离通信，而后者则支持1 200 m范围的长距离通信。

本文考虑远程IO模块通信距离长以及最大化串口资源利用率，采用RS485总线通信模式，实现一对多的通信。

5 结语

仓库灯光指引系统实现了仓库作业全程智能化，为作业人员提供货位灯光指引，方便作业员快速定位货位位置。引导系统通过不同LED灯的不同颜色表达不同的作业功能[8]。

本论文顺利完成了仓库灯光引导系统的开发设计，主要包括以下工作内容。

第一，人机交互模块设计。人机交互模块采集工作票条码数据，采用条码扫码的方式实现用户快捷输入条码号；数据封装，与数据处理模块建立通信，发送数据消息，将采集的数据直接发送数据处理模块进行校验，并读取数据处理模块的内容展示在触摸屏上。

第二，数据处理模块设计。数据处理模块同时作为上位机，采用多种通信协议与周边设备进行通信，实现对数据收发的控制。

第三，执行模块设计。通过LED电路实现系统引导功能，接收数据处理模块发来的指令。

本论文采用西门子PLC，根据仓储系统具体的应用需求，针对性地进行模块化设计，实现了对仓库作业人员进行引导的功能，初步开发出了具有实际应用价值的系统，帮助作业人员更高效、准确无误地完成仓库作业工作。

参考文献

[1] 张月桥.基于PLC智能仓库卷帘门的优化与设计[J].智慧中国，2023（4）：80-81.

[2] 王有斌.浅谈智慧化仓库管理研究[J].全国流通经济，2022（15）：8-10.

[3] 刘士立. 基于Linux的智能仓库引导系统[D].苏州：苏州大学，2012.

[4] 程万青. B物流公司智慧化仓库管理研究[D].上海：上海外国语大学，2021.

[5] 李林琛.智能按灯拣货系统在现代企业物料仓库的应用[J].北京工业职业技术学院学报，2023（1）：49-54.

[6] 吴凡. 智能仓库管理系统的设计与实现[D].武汉：华中师范大学，2019.

[7] 吴曦. 智能可穿戴灯光装备控制系统的设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2019.

[8] 李珍，谷禹，姚伟嫤，等.智能仓储控制系统的设计与实现[J].集成电路应用，2023，40（3）：124-125.