Distributed Customs Bar Code Monitoring and Control System Based on SIEMENS S7-226

任偉紅 周洪 謝國勝 劉全偉

摘要:本文結(jié)合分布式海關(guān)條碼監(jiān)測系統(tǒng)項(xiàng)目的開發(fā)，詳細(xì)介紹了S7-226 PLC的通信機(jī)制與實(shí)現(xiàn)，指出應(yīng)用其構(gòu)造分布式監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)越性。

關(guān)鍵字:西門子PLC，激光條碼掃描儀，分布式監(jiān)控，通信

Abstract: This article gives the principle and methods of SIMENS S7-226 PLC based on the development of distributed customs bar code monitoring and control system ,the communication machnism and realization of S7 226 PLC is introduced in detail. It indicates the excellence of application on PLC to build distributed monitoring and control system .

KeyWords: SIEMENS PLC， Laser Bar Code Projection Scanner，Distributed Monitoring and Control，Communication

1 引言

近年來我國海關(guān)業(yè)務(wù)急劇增長，過境車輛的迅速增多迫切需要改進(jìn)海關(guān)驗(yàn)放方式。在深圳鹽田海關(guān)條碼識(shí)別系統(tǒng)的開發(fā)中，我們基于西門子S7-226 PLC構(gòu)造了一個(gè)分布式監(jiān)控系統(tǒng)，在上位機(jī)的監(jiān)督管理下，利用PLC準(zhǔn)確快速地對(duì)過境車輛認(rèn)證，極大提高了海關(guān)的工作效率。

2 系統(tǒng)功能

如圖1，該系統(tǒng)是一個(gè)分布式海關(guān)條碼監(jiān)測系統(tǒng)，它通過各閘口條碼掃描儀自動(dòng)識(shí)別經(jīng)過車輛的條碼標(biāo)志，從而判斷是否應(yīng)該放行以及應(yīng)當(dāng)采取的措施。系統(tǒng)根據(jù)讀單情況按預(yù)先設(shè)定流程動(dòng)作做相應(yīng)處理，包括開閘放行、落閘、各種非正常情況下的報(bào)警并自動(dòng)閉鎖、各項(xiàng)數(shù)據(jù)送上位機(jī)處理、接收上位機(jī)指令并相應(yīng)動(dòng)作、接收上位機(jī)組態(tài)命令等等，系統(tǒng)自動(dòng)檢測當(dāng)前工作狀況并能在出錯(cuò)的情況下安全退出。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

過往車輛上的條碼由條碼掃描儀讀入并通過通訊轉(zhuǎn)換RS232/RS485送入S7 226 PLC 的Port0口，S7 226 PLC的Port1口連接PC機(jī)。

1． PLC S7-226

SIMATIC S7是西門子公司生產(chǎn)的具有很高的性能價(jià)格比的微型可編程序控制器，它具有結(jié)構(gòu)小巧，運(yùn)行速度高，價(jià)格低廉及多種集成功能等特點(diǎn)。它主要包括如下部件：

①中央處理器（CPU） ②輸入和輸出（I/O） ③編程口

S7-226的編程環(huán)境

西門子公司專為SIMATIC S7-200系列PLC設(shè)計(jì)了編程軟件STEP 7 Micro/Dos和Micro/WIN V2.0以及當(dāng)前的最新版本Micro/WIN V3.2，它們主要用于用戶開發(fā)SIMATIC S7-200系列PLC的控制程序，以及實(shí)時(shí)監(jiān)控程序的執(zhí)行狀態(tài)。這兩種編程環(huán)境都方便易用。

S7-226的其它特性

①　高速計(jì)數(shù)器：高速計(jì)數(shù)器用來記錄電頻率高達(dá)7KHz的脈沖，并可連接兩個(gè)垂直900的脈沖串計(jì)數(shù)。使用s7-200可以更容易地定位，或?qū)焖僖苿?dòng)物體進(jìn)行計(jì)數(shù)。

②　口令保護(hù)：由用戶定義的口令，可防止對(duì)可編程序控制器及其內(nèi)存進(jìn)行非法訪問。

③ EPROM存儲(chǔ)卡：為插入式內(nèi)存卡，用于存儲(chǔ)程序且不易丟失，以及無需編程設(shè)備進(jìn)行程序移植復(fù)制。

④　模擬量調(diào)節(jié)：模擬量調(diào)節(jié)是一種通過旋轉(zhuǎn)位子蓋板里面的微調(diào)電位器，來改變兩個(gè)用戶變量的硬件方法，這些變量可以手動(dòng)改變以實(shí)現(xiàn)微調(diào)控制。

⑤　強(qiáng)制功能：可用于強(qiáng)制控制任何輸入和輸出點(diǎn)。強(qiáng)制功能，可以在RUN或STOP方式下使用。

⑥　實(shí)時(shí)時(shí)鐘：可由程序指令訪問，用于控制日期。

⑦　脈沖輸出：可選為兩個(gè)50%負(fù)載周期的脈沖串輸出控制，或特定的脈寬調(diào)制輸出控制。

⑧　自由接口方式：用戶可用梯形圖編程來定義通訊口參數(shù)，提供與不同智能設(shè)備的連接。

⑨特殊標(biāo)志：在可編程序控制口與你的程序之間提供狀態(tài)及控制功能的內(nèi)部數(shù)據(jù)位。

⑩符號(hào)地址：允許你在程序中使用名稱作為I/O點(diǎn)的地址。

2．條碼掃描儀

采用美國Metrologic公司的MS700 i串行激光條碼掃描儀，掃描速度達(dá)2000線 / 秒，可靠掃描距離在0—7英寸區(qū)域內(nèi)，在掃描區(qū)內(nèi)有20條激光掃描線,分五個(gè)方向?qū)l形碼進(jìn)行掃描，可選擇12種條形碼碼制，通過RS 232接口與PLC進(jìn)行通信。與CCD掃描儀相比，激光掃描儀首讀率高，能高速掃描識(shí)讀任意方向通過的條碼且對(duì)操作者要求低，實(shí)際應(yīng)用中效果很好。

3．中文顯示屏

中文顯示屏使用自定義通信協(xié)議通過RS 485接口與PLC通信。

4 軟件設(shè)計(jì)

1、PLC軟件設(shè)計(jì)

（1）PLC與PC的通信及條碼識(shí)別

PLC與PC之間的通信采用RS-485/RS-232方式，信號(hào)的轉(zhuǎn)換由RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器完成。以下簡要介紹S7-200系列與自由口功能有關(guān)的寄存器SMB2，SMB3，SMB30，它們主要用于自由口通訊方式的確定及運(yùn)行管理。

控制字寄存器SMB30用于存儲(chǔ)通訊方式控制字，由用戶寫入，屬于可讀寫的特殊標(biāo)志位寄存器。其格式如下：

mm：（通信協(xié)議）00 PPI協(xié)議（從機(jī)）

01 自由口協(xié)議

10 PPI協(xié)議（主機(jī)）

11 保留（缺省為PPI從機(jī)）

bbb：（波特率） 000~111依次對(duì)應(yīng)38400 bps ~ 300 bps波特率

pp：（校驗(yàn)方式） 00 無校驗(yàn)

01 偶校驗(yàn)

10 無校驗(yàn)

11 奇校驗(yàn)

通訊接收字符緩沖器SMB2用于存放在自由口通訊方式下接收到的當(dāng)前字符，它是一個(gè)暫存寄存器，一般應(yīng)在下一步取走其中的內(nèi)容。

通訊校驗(yàn)結(jié)果寄存器SMB3，在作自由口通訊時(shí)，PLC的通訊接口按由SMB30規(guī)定的奇偶校驗(yàn)方式對(duì)所接收到的信號(hào)作校驗(yàn)。若檢測到錯(cuò)誤，PLC自動(dòng)將SMB3.0置1，根據(jù)此標(biāo)志位，可決定當(dāng)前信息的取舍，同時(shí)還可在出錯(cuò)的情況下，將此錯(cuò)誤位發(fā)送給對(duì)方，以便要求它重發(fā)。

在S7 226 PLC中，集成了兩個(gè)RS485數(shù)據(jù)通訊端口，可使用專用的位通訊協(xié)議作波特率高達(dá)38.4kbit/s的高速通訊，并可按步調(diào)整。

以下為PLC接收部分程序片段：

LD SM0.1 //第一個(gè)掃描周期接通

MOVB 9, SMB30 //初始化port0口

ATCH INT_0, 8 //指定port0口接收事件由中斷0處理

MOVD &VB101, VD96 //指針VD96指向VB101開始的V寄存器區(qū)

MOVD &VB0, VD36 //VD36也指向VB101開始的V寄存器區(qū)

MOVB 0, VB41 //接收字符個(gè)數(shù)清0

下面為中斷0片段（接收并存儲(chǔ)）：

LD SM0.0 //一直接通

MOVB SMB2, *VD36 //只要接收到字符就存入指針VD36所指向的區(qū)域，

//即VB101開始的V寄存器區(qū)

INCD VD36 //指針下移，為接收并存儲(chǔ)下一字符作準(zhǔn)備

INCB VB41 //字符計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)加一

當(dāng)PLC需要向PC傳送數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過以下代碼實(shí)現(xiàn)：

PLC發(fā)送部分程序片段：

LD SM0.1 //第一個(gè)掃描周期接通

MOVB 9, SMB130 //初始化port1口

MOVB 14, VB100 //將14存入VB100中

XMT VB100,1 //指定port1口發(fā)送自VB101開始的V寄存器區(qū)，

//發(fā)送字符個(gè)數(shù)由VB100的內(nèi)容決定

以下為PLC接收條碼并判斷部分：

LDB= SMB2, 10 //收到換行符，條碼結(jié)束

LPS

MOVD &VB0, VD36

AB<> VB41, 14 //總共收到條碼字符數(shù)不等于14，出錯(cuò)，

S M0.1, 1 //置位M0.1

LRD

AB=VB41, 14 //總共收到條碼字符數(shù)等于14，正確，

R M0.1, 1 //復(fù)位M0.1

LPP

MOVB 0, VB41 //接收字符個(gè)數(shù)清0，為下一次接收作準(zhǔn)備

（2）條碼掃描儀與PLC的通信

Metrologic MS700i可以通過開機(jī)掃描設(shè)置條碼而設(shè)定通信協(xié)議及條碼類型，并可以通過連機(jī)方式從一臺(tái)掃描儀“克隆”工作方式從而達(dá)到成組設(shè)定的目的。條碼掃描儀與PLC之間的通信采用RS232/RS485方式，使用條碼掃描儀自帶通訊電纜。

（3）顯示屏與PLC的通信

由PLC根據(jù)條碼掃描情況發(fā)送給顯示屏相應(yīng)的信息用以顯示當(dāng)前狀況，使用RS485通訊協(xié)議。通信格式為：頭尾各為十六進(jìn)制02和03以標(biāo)志信息起始，中間為ASCII碼的狀態(tài)信息。

2、上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

PC機(jī)的監(jiān)控程序用Delphi5.0完成，分為組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩部分。組態(tài)環(huán)境下，用戶可對(duì)每一閘口進(jìn)行PLC參數(shù)、狀態(tài)設(shè)定及條碼設(shè)定；運(yùn)行環(huán)境下，對(duì)各閘口實(shí)時(shí)監(jiān)控，必要時(shí)發(fā)出控制命令，并具備歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和報(bào)表打印功能。

考慮通信方案如下：

（1）引用VB的MsComm控件或第三方通信控件；

（2）通過Delphi中嵌入?yún)R編直接對(duì)端口操作實(shí)現(xiàn)通訊（如BIOS串行通信功能調(diào)用 INT 14H）；

（3）調(diào)用Windows API 函數(shù)實(shí)現(xiàn)；

由于方案1存在發(fā)布問題，方案2存在一定危險(xiǎn)性，所以在實(shí)際開發(fā)過程中我們采用方案3，通過CreateFile、CloseHandle、ReadFile、WriteFile、SetCommState、GetCommState等API函數(shù)及DCB設(shè)備控制塊的操作實(shí)現(xiàn)PC-PLC快速可靠的通信。

5 結(jié)語

本文闡述了使用SIMENS S7-226 PLC開發(fā)PC-PLC-Scanner模式分布式海關(guān)條碼監(jiān)控系統(tǒng)的基本過程。與常見的PC-Scanner模式條碼識(shí)別系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的優(yōu)越性體現(xiàn)在簡明的分布式結(jié)構(gòu)、性價(jià)比高、安全可靠，實(shí)踐證明其運(yùn)行效果很好。

參考文獻(xiàn)

1．S7-200 PLC用戶指南．西門子（中國）有限公司．北京：1999.4

2．MS700i Series Laser Bar Code Projection Scanner Installation and User&#39;s Guide．Metrologic公司．美國：1999.1

3．Metrologic ScanSelect(tm) Scanner Programming Guide．Metrologic公司．美國：1999.1

4． Delphi4開發(fā)大全（上、下） [美]Steve Teixeira Xavier Pacheco 著 徐新華譯

人民郵電出版社 北京：1999.8

作者簡介：任偉紅，武漢水利電力大學(xué)98級(jí)碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)檢測與控制系統(tǒng)。電子郵件：renweih@263.net或whren@wuhee.edu.cn，電話：027-87888026

（430072 武漢 武漢水利電力大學(xué)研9803班）任偉紅 周洪 謝國勝 劉全偉