随着传感器技术、无线通信技术以及车辆自动导航技术的快速发展,现代物流和仓储可以更好地结合多种智能装置设备提高运行效率。本案例使用无线数传模块、超声波传感器、单片机和PLC等设备构建库位感应系统,把探测到的库位状态通过无线数传模块发送至PLC,上位机与PLC通信获取库位状态,并通过车辆调度系统向自动导航叉车发送指令,实现货物的自动搬运。
如图1所示,系统体系结构主要由传感器模块、PLC和无线模块、上位机系统和AGV设备构成,其中传感器模块用来感应库位中是否有货物并将测得数据上传至PLC;无线模块为433MHz数传模块可以透明传输报文,目前市面上的无线数传模块技术已经比较成熟可靠,便于在库位中快速安装部署;PLC主要用来发送和接收报文,通过处理报文获取每个库位的状态,并可以外接设备扩展使用功能;上位机系统一方面和PLC通信获取库位状态,另一方面可以通过调度系统控制AGV设备将库位中的货物搬运入库。
(1)传感器模块
传感器选用倍加福的M50超声波模组UCC2500-50GK-B26-8MOL,此模组响应迅速稳定可靠且具有多种模式可以配置,使用灵活便捷。本次采用UART模式接线,采用直流2.5V~5V供电,需要TTL转串口模块配合无线数传模块使用。测量时具有三种声束可选,根据其响应曲线所示的距离和范围,选择中等声束模式,其响应曲线及报文结构如图2所示。
(2)无线数传模块
无线数传模块采用的泽耀AS100DS频率433MHz,功耗100m W,是一款高稳定性、低功耗、高性价比的数传模块。模块采用GFSK调制方式无线透明数据收发,不改变客户的任何数据和协议,完成无线透明传输数据功能。该模块相较于一般模块具有尺寸小、灵敏度高、传输距离远、通讯数率高、内部自动完成通讯协议转换和数据收发控制等特点。
(3)单片机系统
单片机采用宏晶STC12C5A60S2主要用于采集传感器的数据,并将采集到的数据通过无线模块传给PLC。由于倍加福的超声波传感器自身地址位只有3位,最大值为7,显然不能满足更多的库位需求,因此采用单片机与传感器通信采集距离数据。单片机可以根据当前的库位编号增加发送的报文字节数,这样就可以扩展库位的地址,同时还可以外接信号指示灯作为库位灯用。
(4)可编程逻辑控制器及通信模组
PLC处理器选用西门子S7-1200系列的CPU 1211C,其本身具有输入和输出点位可外接按钮、光电开关、声光报警等设备,并可根据需求搭配相关模块进行功能扩展。通信模组选用CM1241-RS232,与无线数传模块直接连接收发报文。所选用的PLC及通信模组稳定可靠,并且开发软件博途V14SP1功能强大,适合现场设备的开发。
程序主要是完成报文的收发和处理,采用轮询方式对每个连接传感器的单片机轮询进而取得测量数据,并根据所收到的报文分析得到库位的状态。编程语言采用梯形图和SCL,如图3所示,梯形图主要用于收发报文的指令,SCL主要用来处理收发报文的数据。对于收发报文的通信指令,由于其输入输出参数比较多,宜使用梯形图编程,方便直观,便于维护;由于报文数据的处理经常会有运算或流程控制,所以宜使用SCL编程。
PLC作为主站对所有的传感器模块进行轮询,得到检测距离并根据此距离判断传感器所在的库位有没有货物,将货物的有无状态记录在DB块中,每一个库位信息对应DB块中的一个字节数据,上位机可通过以太网读取此DB块的数据,程序流程图如图4所示。
西门子S7-1200组态好后转至在线状态,DB块显示收到的报文为16#3A 0D 3B FD FC。根据实际测试结果,可以看到地址为16#0D的传感器所测数据为16#3B,表明13号库位中的货物距离库位顶端的距离为59cm,而每个库位高度为120cm,表明13号库位已经有货物存放,AGV不能再将货物放置在13号库位。
实际库位和库位管理系统如图5所示,上位机系统画面显示ACFG缓存区已经有货物,可以命令AGV叉车将缓存区的货物入库至货架库位。
传感器利用无线数传模块实现和PLC的无线通信,经实际测试具有良好的效果,已经投入生产运行中。目前无线传输模块应用比较广泛,如果所传输的数据更复杂也可以用ZIGBEE或LORA模块以组网的方式实现大数据传输。AGV设备目前已经在物流和仓储行业中逐渐体现出运行智能化和高效率的巨大优势,多种传感器、无线设备、工控设备和IT系统的交互使用将是今后智能仓储和智慧物流大的趋势。
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