集装箱自动存取系统的设计Word下载.docx

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在20世纪40年代，美国乔伍德兰德（JoeWoodLand）和贝尼西尔弗（BenySilver）两位工程师就开始研究用代码标识食品项目以及相应的自动识别设备，并于1949年获得美国专利。

这种代码图案很像微型射箭靶，称作“公牛眼”代码。

靶的同心环有圆条和空白组成。

在原理上，“公牛眼”代码与后来的条码符号很接近，遗憾的是当时的商品经济还不十分发达，而且工艺上也没有达到印制这种代码的水平。

20年后，乔.伍德兰德作为IBM公司的工程师成为北美地区的统一代码—UPC条码的奠基人。

吉拉德.费伊塞尔（GiradFeissel）等人于1959年申请了一项专利，将数字0~9中的每个数字用七段平行条表示，但是对这种代码机器难以阅读，人读起来也不方便。

不过，这一构想促进了条码码制的产生与发展。

不久，E．F．布林克尔（E.F.Brinker）将条码表示应运在有轨电车上。

60年代后期，西尔韦尼亚（Sylvania）发明了一种被北美铁路系统所采纳的条码系统。

在有轨电车和铁路系统的条码应用可以说是条码技术最早期的应用了。

在我国，条码技术的研究始于20世纪70年代。

当时的主要工作是学习和跟踪世界先进技术。

随着计算机应用技术的普及，80年代末，条码技术在我国的邮电、仓储、图书管理及生产过程的自动控制等领域开始得到初步应用。

1991年4月，中国物品编码中心代表我国加入国际物品编码协会（EAN），为全面开展我国条码工作创造了有利条件。

近年来，中国商品条码系统成员数量迅速增加，我国已有8万家企业申请注册了厂商代码，已有扫描商店上万家。

据统计，我国已有67%的商店应用了POS系统。

虽然物流信息系统作为一个宏观系统，条码应用只是较小的一块，但它却是最基本最重要的一块。

它的应用为物流信息化管理带来革新性的变化，其在现代物流业中正确使用，让信息采集与跟踪变得如此简单。

条码技术大大提升物流作业的自动化程度，减少运作数据录入差错，提高企业物流管理效率。

目前在我国推广应用条码技术已具有一定的物质基础，条码技术的应用对开发我国物品标识系统，使其规范化、标准化，并实现与国际标准相容，以推进我国的计算机应用和现代化管理，促进国内商品经济的繁荣，增强中国产品在国际市场的竞争力具有深远的意义。

1.2相关技术发展概况

1.2.1自动识别技术发展概况

自动识别技术是20世纪70年代发展起来的集光、机、电、计算机等技术为一体的高新技术，是数据自动采集、自动输入的基础，是计算机“实时”处理的重要技术保障。

自动识别技术包括：

条码识别技术、射频识别技术、生物识别技术、光字符识别技术、视觉识别技术、语音识别技术、图像识别技术等。

（1）　条码识别技术

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。

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。

目前，较常使用的码制有：

EAN/UPC条码、EAN/UCC系统128条码、ITF-14条码、交叉二五条码、三九条码、库德巴条码等。

（2）　射频识别技术

射频识别（RFID）技术是近几年发展起来的现代自动识别技术。

基本的RFID系统由射频标签和读写器组成。

射频标签和读写器之间互相不接触并利用感应、无线电波或微波进行数据通信，从而达到识别的目的。

RFID最突出的特点是可以非接触识读（识读距离可从几厘米至几十米）、可识别高速运动物体、抗恶劣环境、保密性强、可同时识读多个识别对象等。

（3）　生物识别技术

生物识别技术是指通过计算机利用人类自身生理或行为特征进行身份认定的一种技术。

由于人体特征具有不可复制的特性，这一技术的安全性较传统意义上的身份验证机制有很大的提高。

目前，国外许多高科技公司正在试图用眼睛虹膜、指纹等取代人们手中的信用卡或密码，并且已经在机场、银行和各种电子设备上进行了实际应用。

1.2.2PLC技术综述

第一台可编程控制器（以下简称PLC）的设计规范是美国通用汽车公司提出的，当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器，在保留了继电器控制系统简单易懂，操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的响应时间快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机连接、维修方便等诸多高品质与功能。

这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）与1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，并取得了令人满意的效果。

在短时间内，PLC在其它工业部门也得到应用。

到70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备，迈出了PLC实用化的第一步。

70年代中期，由于大规模集成电路的出现，出现了8位处理器和位处理器，使可编程控制技术产生了飞跃。

在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算，闭环控制，提高了运算速度，扩大了输入输出规模。

70年代末由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列产品。

这时，面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言，在功能上PLC己经可以代替某些模拟控制装置和小型机的DOS系统。

进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其它设备通信，生成报表，调度生产，可诊断滋生故障及机器故障。

这些改进使得PLC满足了今天对高质量高产出的要求。

尽管PLC功能越来越强，但它仍然保留了先前的简单与宜用的特点。

PLC的未来发展不仅依赖于对新产品的开发，还在于PLC与其它工业控制设备和工厂管理技术的综合。

无疑，PLC将在今后的工业自动化中扮演重要的角色。

1.2.3监控软件技术发展概况

实时监控软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。

20世纪50年代虽然计算机开始涉足工业过程控制，但由于计算机技术人员缺乏工厂仪表和工业过程的知识，导致计算机工业过程系统在各行业的推广速度比较缓慢。

20世纪70年代初，微处理器的出现，促进了计算机控制技术走向成熟。

首先，微处理器在提高计算能力的基础上，大大降低了计算机的硬件成本，缩小了计算机的体积，很多从事控制仪表和原来一直就从事工业控制计算机的公司先后推出了新型控制系统，其中具有代表性的是美国Honeywell公司于1975年推出的世界上第一套OCS，即TOC-2000。

在随后的20年中，OCS及其计算机控制技术日趋成熟，并得到了广泛应用，市场发展迅速。

但当时的OCS软件是专用和封闭的，且成本居高不下。

80年代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统（Opensystem）概念的推广，基于个人计算机的监控系统开始进入市场并发展壮大。

基于个人监控系统呈现出智能化、小型化、网络化、PC化的发展趋势，并逐渐形成了各种标准的网络结构、硬件规范。

组态软件在自动化系统的“水平”和“垂直”集成中起着桥梁和纽带的作用，已成为自动化系统中的重要组成部分。

1.3本文研究的主要内容

根据设计任务书要求，本文完成了基于PLC的集装箱自动存取系统设计。

（1）　硬件选型

主要包括：

PLC硬件的选型，条形码阅读器的选择。

本系统采用PLC为中心控制器，通过扩展的数据采集模块采集现场条形码数据信息，并通过PLC对信息的处理控制系统的其他操作，完成系统功能的整体实现。

系统的操作控制、数据采集和动作过程监视、各种参数的显示设定，由挂接在PLC的上位组态软件来实现。

（2）　程序设计

程序设计主要分两部分：

PLC程序的设计以及上位机监控程序的设计。

其中核心是PLC程序设计。

PLC程序设计部分主要包括实现对条形码数据的阅读、识别、堆场机械手动作等任务。

集装箱识别流程进程的实时监测、数据处理通过可编程控制器软件来实现。

（3）条码读取

条码是由一组规则排列的条、空以及对应的字符组成的标记，“条”指对光线反射率较低的部分，“空”指对光线反射率较高的部分，这些条和空组成的数据表达一定的信息，并能够用特定的设备识读，转换成与计算机兼容的二进制和十进制信息。

条码是利用条纹和间隔或宽窄条纹（间隔）构成二进制的“0”和“1”，并以它们的组合来表示某个数字或字符，反映某种信息。

由于计算机设备只能识别二进制数据，条码符号作为一种为计算机信息处理而提供的光电扫描信息图形符号。

2系统设计

2.1系统简介

建立一个可靠的集装箱自动存取系统，首先要对集装箱管理改进的重要性充分理解,即手段的改进会在提高效率的同时给企业的经济发展带来很好的辅助作用。

此外，作为对集装箱的管理，系统必须能够稳定可靠地运行。

为了应用上的方便，必须使系统能够实用、便捷，能够适用于高速度的信息流通网络。

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集装箱管理进行一次转变，取代传统的现场手工登记，对集装箱的流通速度的加快起到很好的促进作用。

2.2系统技术要求

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来实现对信息的存储，因此给集装箱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，条形码识别技术，来实现本设计。

2.3系统的组成与要求

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。

而PLC部分的设计是核心内容。

本系统是在堆场与其他环节间的集装箱运输实现自动存取，提高集装箱码头的自动化化水平，提高集装箱的存取效率，以降低单位运输成本。

编号识别传感器识别出需要存入堆场的集装箱的编号，PLC根据编号控制传动电机对集装箱进行对号入座；

当需要取箱时，输入集装箱的编号，PLC控制传动电机自动从堆场中取出相应的集装箱。

世界各地的集装箱码头大同小异，不过基本结构都是差不多的。

基本上由码头前沿机械、堆场、拆装箱库、集装箱卡车、运输机械、列车等组成，如下图2.1。

图2.1系统框图

集装箱存取的系统框图也如图2.1所示，从码头前沿到堆场的运输采用AGV自动导航车来完成，堆场中的集装箱的存取则由以PLC为控制核心的集装箱自动存取系统来完成。

堆场的集装箱自动存取是设计的主要和重点部分，该部分的系统由硬件和软件两部分组成，堆场集装箱自动存取软件系统框图如图2.2所示。

图2.2堆场集装箱自动存取软件系统框