基于MCGS 与PLC 货物自动识别系统设计
任子晖，李建刚，刘延霞*
作者简介：Renzi Hui, (1962 -), male, Ph.D., Professor, is mainly engaged in electrical and mechanical equipment
condition monitoring and fault diagnosis, harmonic direction of mine. E-mail: ckljg@163.com
（中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏 徐州 221116）
5 摘要：本系统采用了将MCGS 组态软件与欧姆龙PLC 相结合，设计了一套基于条码阅读器的
货物自动识别系统，给出了系统的结构、软件设计和组态过程。以自动化立体仓库为应用背
景，将计算机视觉技术和机器人控制技术引入到自动化立体仓库的设计之中，设计并实现了
一套较为完整的货物自动识别与拣选系统，实现了货物的自动定位、自动识别和自动出入库
作业，以期最终实现无人参与的全自动化智能化立体仓库。采用PLC 作为下位机提高了采集
10 信号及控制信号的精度，并且可以现场修改程序，维修方便。使用上位组态软件，用户可以
方便的构造适应自己需要的数据采集系统，实现实时数据监控管理，保证信息在全范围内的
畅通，以适应现代化生产的需要。..
关键词：PLC；条形码；MCGS；货物..
 0 引言
35 近几年条形码技术在生活中的普遍应用给了我们很好的提示，条形码在商品消费、图书
管理方面的应用等已经走入我们的生活，种种应用的成功给我们带来了鼓舞，当然我们也可
以以条形码为媒介来对仓储货物管理进行一次转变，取代传统的现场手工登记，将其转入后
台进行处理，这样就大大节省了货物出库入库时间，对货物的流通速度的加快起到很好的促
进作用。
40 条码是由一组按特定规则排列的条、空及对应字符组成的表示一定信息的符号。不同的
码制，条码符号的组成规则不同[1]。条码技术是集编码、符号表示、印刷、识别、数据采集
和处理于一身的新兴技术。其核心内容是利用光电扫描设备识读条码符号，从而实现机器的
自动识别，并快速准确地将信息录入到计算机进行数据处理，以达到自动化管理的目的。
本系统设计的关键在于读取货物条形码这个步骤。本设计选用了当前比较流行的一维码
 45 来实现对信息的存储，因此给货物读取标签就转化成如何对一维码进行读取的问题，故系统
设计主要解决的问题是如何用特定的机具对一维条形码进行读取。由于PLC 的功能强大、
容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。组态软件作为用户可
订制功能的软件平台工具，在PC 机上可开发出友好的人机界面，通过PLC 对自动化设备进
行智能控制。所以拟采用PLC 技术，组态软件技术，条形码识别技术来实现本设计。
50 1 系统总体设计
该系统的设计主要包含两大部分：硬件部分选型，软件部分设计。其中软件部分包括
PLC 软件部分设计，组态软件设计两部分。而PLC 部分的设计是核心内容。由于本系统现
场有1 台被控条形码阅读器以及数量不是很多的其他被控对象，可以使用单台PLC 进行多
个对象的控制，只要选用高性能的PLC，完全能够胜任，另外，为了用户直观方便的使用，
55 需要给予人机界面，采用如图1 所示的控制结构。在整个控制系统中，总共有四大部分组成，
分别是：PLC 控制器、上位机、条形码阅读器、电机控制模块。下面分别介绍各个组件的
功能[2]。
图 1 系统控制结构图
60 Fig. 1 structure of control system
1.PLC 控制器：系统的控制核心。采集电机、条形码阅读器、货物位置等有关的各类对
象信息。PLC 经过对输入信号的处理，综合所获得的信息，反馈控制监控对象，将信息送
入上一级监控器。同时接受上位机的控制指令，输出控制信号，完成对监控对象的实际控制。
65 2.上位机：在整个系统中，监控主要完成三个作用，一是通过串口下载参数进PLC，这
些参数作为PLC 控制的依据，二是从串口读出PLC 中相应的参数，并在显示器上显示，三
是将PLC 传上来的参数作一定的处理，并将最终得到的信息存入数据库中，以备以后可以
查询。
3.信息采集模块：该部件主要是利用条形码阅读器采集货物上的条形码信息，并通过串
70 口将数据发往PLC，由PLC 后续操作。
4.其他控制模块：实现对载货电机的运动控制。
2 识别系统的设计
2.1 条形码使用原理
条码分为一维条码和二维条码。一维条码只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，
75 而在垂直方向上则不表达任何信息。一个完整的一维条码是由两侧空白区、起始字符、数据
字符、校验字符(可选)和终止字符及供人识读字符组成。不同类型的条码，有不同的码制和
条形码阅读器
上位机
交流电机
PLC 传感器
监控室
控制现场
组态王软件
 编码方法。条码编码方法有以下两种：
1.宽度调节法，条码的条(空)宽的宽窄设置不同，宽单元表示二进制“1”，窄单元表示二
进制“0”。39 码、库德巴条码和交叉25 码属于宽度调节法编码。
80 2.模块组配法，条码符号中每个条码字符的条与空分别由若干模块组配而成，一个模块
宽的条表示二进制“1”，一个模块宽的空表示二进制的“0”。通用商品条码(EAU 码和UPC 码)、
93 码、EAN128 码属于模块组配法编码。
128 码开始于1981 年推出，是一种长度可变、连续性的字母数字条码。与其他一维条
码比较起来，128 码是较为复杂的条码系统，而其所能支持的字符也相对地比其他一维条码
85 来得多，又有不同的编码方式可供交互运用，因此其使用弹性也较大。128 码的內容大致也
分为起始码、数据码、终止码、校验码等四部分，其中校验码是可有可无的。Code 128 码
可表示从 ASCII 0 到ASCII 127 共128 个字符，故称128 码。图2 是128 码的范例与结果。
图 2 128 码
90 Fig. 2 code 128
128 码的编码方式：128 码有三种不同类型的编码方式（见表1），对于选择何种编码
方式，则决定于起始码的內容。
95 表1 128 码编码类型
Tab. 1 Encoding type of 128
起始码 编码类别 逻辑型态 相对值
CODE A 11010000100 103
CODE B 11010010000 104
CODE C 11010011100 105
终止码无论是采用A、B、C 何种编码方式，128 码的终止码均为固定的一种性能，其
逻辑型态皆为1100011101011。目前所推行的128 码是EAN-128 码，EAN-128 码是根据
100 EAN/UCC-128 码作为标准将资料转变成条码符号，并采用128 码逻辑，具有完整性、紧密
性、连接性和高可靠度的特性[3]。EAN-128 的编码说明如表2 所示。
表2 EAN-128 的编码说明
Tab. 2 Encoding instructions of EAN-12
代号码別 长度 说明
A 应用识別码 18 00 代表其后资料內容为运送容器序号，为固定18 位数字
B 包装性能指示码 1 3 代表无定义的包装指示码
C 前置码与公司码 7 9 代表EAN 前置码与公司码
D 自行编定序号 1 由公司指定序号
E 检查码 4 检查码
F 应用识別码 20 代表其后资料內容为配送邮政码应用于仅有一邮政当局
G 配送邮政码 代表配送邮政码
 2.2 条形码的选择及应用
本文选用了一种普通手持式条形码阅读器和OMRON C200Hα 系列PLC 为例进行设计
研究。比较OMRON 为其配备的专用条形码阅读器，虽然采用专用条形码阅读器具有配备
简单的优点，但缺乏系统灵活性和通用性，性价比较差。本系统中根据OMRON PLC 对其
110 S232C 端口9 芯的定义，其与条形码阅读器的接线形式如图3 所示。图中PLC 串行通讯接
口为D9.Female 型，条形码阅读器的串行通讯接口为D25. Male 型[4]。
图 3 条形码阅读器与PLC 串行通信口接线示意图
Fig. 3 Bar code reader and PLC serial communication port wiring diagram
115
条形码阅读器中的通讯设置和帧结构与PLC 的设置相一致才能保证正常通讯。条形码
阅读器的通讯设置通常是使用用户手册中的参数设置条形码来完成，即通过阅读其中的参数
设置条形码来设定各种通讯协议。常用的参数设置条形码有条形码类型、前置符(Preamble)、
后置符((Postamble)、RS232C 通讯（包括：数据位、停止位、校验方式、波特率、终端符）。
120 其中的前置符((Preamble)对应PLC 通讯协议中定义的起始代码，后置符(Postamble)对应
结束代码。比照上述PLC 中定义的通讯协议，可设置条形码阅读器中通讯协议为：
条形码类型128 码，前置符“S”，后置符“EN” , 8 位数据位，1 个停止位，偶校验，波特
率9600b/s，无终端符。
3 PLC 控制系统设计
125 3.1 PLC 硬件设计
系统的要求有以下几点：
1. 经济实用，能够适应现场，提高设备的可靠性。
2. 方便现场数据的修改，具有一定的柔性。
3. 保证数据采集的准确，提高生产率。
130 4. 提高设备自动化率。
根据设计提出的要求，我们优先考虑安全稳定性好、有质量保证的PLC 品牌，综合以
上的考虑，决定采用OMRON C200Hα 系列。
C200Hα 是中型机C200H/C200HS 的后续机型。α 的模块有电源单元、CPU 单元、基本
I/O 单元、特殊功能单元和通信单元，所有模块通过其底部的总线插头安装在CPU 底板或
135 I/O 扩展底板上[5]。
根据系统功能确定PLC 使用到的端子如表3、4 所列。
信号源 序号
RXD 2
TXD 3
GND 7
屏蔽保护
序号 信号名
2 TXD
3 RXD
4 RS
5 CS
9 GND
屏蔽保护
条形码阅读器 C200Ha
 表 3 输入端子分配表
Tab.3 Input allocation table
端子 名称 功能
000.00 启动停止按钮 系统启动
001.01 条形码阅读器传感器 检测控制条形码阅读器工作
001.03 传感器1 1#通道到位检测
001.04 传感器2 2#通道到位检测
001.05 传感器3 3#通道到位检测
001.06 通道1 传感器 1#通道货物到位检测
001.07 通道2 传感器 2#通道货物到位检测
001.08 通道3 传感器 3#通道货物到位检测
001.02 传送带传感器 检测货物抵达
001.09 手动开关1 传送带手动控制
001.10 手动开关2 电磁阀1 手动控制
001.11 手动开关3 电磁阀2 手动控制
001.12 手动开关4 电磁阀3 手动控制
001.13 手动开关5 电动机B-1 手动控制
001.14 手动开关6 电动机B-2 手动控制
001.15 手动开关7 电动机B-3 手动控制
001.00 手动控制开关 手动控制开关
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