基于PLC的图书管理识别系统设计

摘要

针对某图书馆的管理识别系统进行系统设计，本系统主要针对还书本的环节进行设计，当学生将书本本归还后，需要通过分拣进行图书归类，以便于工作人员将图书放入相应的书本架。将该图书信息根据条形码的识别,按照图书类别划分进行分类分拣，达到自动控制的目的。图书管理识别系统设计按照图书的类别，分为六个图书类别的分拣，并且对该图书类别的图书进行计数，对损码的图书进行分拣后，由人工进行处理。实现该系统的各种动作要求。系统设计简单明确，应用性强，稳定可靠，达到了设计的基本工艺要求。

 

关键词：图书管理识别系统，可编程控制器，顺序控制，组态王

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

目录

摘要 1

第一章 引言 3

1.1 课题研究的目的及意义 3

1.2 课题研究的内容 3

第二章 图书管理识别系统的总体设计 4

2.1 图书管理识别系统的工艺分析 4

2.2系统的控制策略 5

2.3 系统的设计方案确定 5

第三章 图书管理识别系统的硬件设计 7

3.1 系统的I/O分配设计 7

3.2主电路的硬件接线设计 8

3.3 条形码扫描仪的硬件接线设计 9

3.4 可编程控制器的硬件接线设计 10

3.5 数字量模块的硬件接线设计 11

第四章 图书管理识别系统的软件设计 12

4.1程序流程图的设计 12

4.2 程序的设计 14

4.2.1 主程序的设计 14

4.2.2 损码分拣子程序的设计 17

4.2.3 图书类别分拣子程序的设计 18

4.2.4 书本满报警程序的设计 19

结论 22

参考文献 23

致谢 24

 

 

 

 

第一章 引言

1.1 课题研究的目的及意义

    社会的发展比较快，特别在图书馆信息化的发展，互联网的发展给图书管理行业带来很大的便利，为了配合互联网的发展，图书管理的要求越来越严格，在保证图书信息准确并且不被损坏的基础上，进行准确的管理和分类。图书管理识别系统主要由分拣控制中心和信息汇总中心两部分组成，提高图书归还分拣的工作效率和准确率，有利于图书的管理，并且准确进行图书的信息整理。所以图书管理识别系统的开发设计比较重要。图书管理识别系统在图书馆应用比较多，主要按照图书的条形码标识进行信息识别，再按照识别的信息，对图书进行分类，根据分类信息进行图书分拣，达到高效率的目的。本系统设计研究图书管理识别系统，按照设计的基本要求，对图书管理识别系统的硬件图纸和软件程序进行开发设计。

1.2 课题研究的内容

    本系统研究的图书管理识别系统为某学校的图书管理识别系统，该学校学生归还的书本本，按照图书类别的图书类别划分，将图书分拣到六个图书类别。按照图书管理识别系统的设计要求，需要通过主传输带对归还的图书进行传送，然后通过扫码器进行条形码扫描，将扫描结果输入到控制单元，对相应的图书类别图书进行分拣，并对该图书类别的图书进行计数。按照此工艺的要求，对图书管理识别系统进行硬件图纸和软件程序的设计，达到图书管理识别系统的基本工艺目的。

 

 

 

 

 

 

第二章 图书管理识别系统的总体设计

2.1 图书管理识别系统的工艺分析

    本系统设计的图书管理识别系统主要用于学生还书识别分拣设计。比如学生将借出的书换回来，需要对大量换回来的书进行分类。通过条形码扫描书，然后按照这个书的识别码进行分类，驱动传输带将书籍输送到分类框，然后工作人员将分类框的书，放回固定书架。系统主要由推书杆、条形码扫描器、主传输带、损码推杆、1-6号推杆、1-6号传输带等部分组成。具体的图书管理识别系统示意图如下图2.1所示。

 

图2.1 图书管理识别系统示意图

按照以上图书管理识别系统示意图的表示，该分拣装置的工艺具体分析如下：

（1）当检测到有书本时，通过推书杆将书本推往主传输带，主传输带运行，当书本到达监测处，主传输带停止运行，通过条形码扫描器进行书本扫码识别，识别出的信息反馈到控制单元。识别信号主要包括图书类别一到图书类别六，如果书本条形码损坏，无法识别时，将输出损码检测信号。

（2）当书本识别的信息为损码信号，将启动主输送带，当损码书本到达损码推杆图书类别时，由限位开关检测出该位置，主传输带停止运行，损码推杆动作，将损码书本推往指定图书类别，由人工处理。损码推杆动作三秒后，推杆缩回。

（3）当书本识别的信息为图书类别一到图书类别六时，将启动主输送带，当书本到达指定识别图书类别的推杆位置时，由限位开关检测出该位置，主传输带停止运行，该图书类别的推杆动作，将书本推往指定图书类别的传输带。该图书类别的推杆动作三秒后，推杆缩回。接着该图书类别的传输带运行，将书本运往指定的图书类别仓，运行30秒后，自动停止，并且进行该图书类别的书本计数。

（4）每个图书类别的书本计数，当书本超过80件且少于100件时，书本满指示灯闪烁，提醒工作人员进行书本处理；当计数书本超过100件少于120件时，书本满指示灯常亮，提醒工作人员紧急处理。如果工作人员仍然未处理书本，书本计数超过120件时，将系统自动停止，并显示相应图书类别的书本满指示灯。

2.2系统的控制策略

按照以上的控制工艺分析，需要对图书管理识别系统的控制系统进行策略研究。具体的控制策略如下：

（1）系统通过外部的启动按钮和停止按钮进行系统的启停控制，通过条形码信号检测仪对书本的条形码进行识别，并输出相应的图书类别信号给控制单元。

（2）系统采用光电传感器进行书本有无检测以及书本到达指定图书类别的检测，当书本到达指定图书类别，光电开关动作，并将信号传输到控制单元，控制输送带。

（3）系统采用变频器对主传输带进行控制，以固定频率30HZ运行，对每个图书类别的输送带采用接触器进行控制。

（4）对指定图书类别的书本进行计数，并且当数值超过一定值时，将输出该图书类别的书本满指示灯。书本满指示灯有两种状态，一个是闪烁状态，表示当前书本已满，需要工作人员处理，一个是常亮状态，表示当前书本已满，需要工作人员紧急处理。如果工作人员仍然未处理，将造成系统停止。按下外部相应的计数清零按钮，数值将复位为零。

（5）通过上位机设计，对当前的系统状态进行显示，包括分拣状态，每个图书类别的计数情况以及书本满状态等。

    通过以上控制策略分析，对图书管理识别系统控制系统进行硬件选型、图纸设计以及软件设计。

2.3 系统的设计方案确定

    按照图书管理识别系统的控制工艺分析和策略要求，对系统进行硬件设计和软件设计。系统选用可编程控制器作为控制单元进行程序的开发设计，选择可编程控制器和扩展模块。选择变频器作为主传输带的驱动单元，选择条形码扫描仪作为本系统的扫码单元，将扫码的结果传输到可编程控制器，可编程控制器按照扫码的结果进行分拣输出。通过光电开关进行书本的定位，以便于扫码、推杆动作等。系统采用计数复位按钮对每个图书类别的计数进行清零复位。系统设计采用上位机进行监控，监控的内容包括当前的系统状态进行显示，包括分拣状态，每个图书类别的计数情况以及书本满状态等。系统的设计方案如下图2.2所示。

 

图2.2 系统设计方案框图

    通过此系统设计方案框图，对图书管理识别系统进行硬件图纸设计、程序功能流程图设计、软件程序设计以及上位机程序设计。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第三章 图书管理识别系统的硬件设计

3.1 系统的I/O分配设计

  按照图书管理识别系统控制系统的工艺分析和控制策略要求，通过总体方案的确定，需要对可编程控制器进行I/O分配设计。如下表3-1和表3-2所示。

表3.1 I点分配设计表

I点地址

电气符号

功能

 

I0.0

SB1

系统启动

 

I0.1

SB2

系统停止

 

I0.2

SQ1

进料传感器

 

I0.3

SQ2

扫码位置传感器

 

I0.4

SQ3

一号图书类别信号

 

I0.5

SQ4

二号图书类别信号

 

I0.6

SQ5

三号图书类别信号

 

I0.7

SQ6

四号图书类别信号

 

I1.0

SQ7

五号图书类别信号

 

I1.1

SQ8

六号图书类别信号

 

I1.2

SQ9

损码输入信号

 

I1.3

SQ10

一号图书类别限位

 

I1.4

SQ11

二号图书类别限位

 

I1.5

SQ12

三号图书类别限位

 

I1.6

SQ13

四号图书类别限位

 

I1.7

SQ14

五号图书类别限位

 

I2.0

SQ15

六号图书类别限位

 

I2.1

SQ16

损码图书类别限位

 

I2.2

SB3

一号数量复位

 

I2.3

SB4

二号数量复位

 

I2.4

SB5

三号数量复位

 

I2.5

SB6

四号数量复位

 

I2.6

SB7

五号数量复位

 

I2.7

SB8

六号数量复位

 

表3.2 O点分配设计表

O点地址

电气符号

功能

 

Q0.0

KA1

变频器运行

 

Q0.1

YV1

损码推杆输出

 

Q0.2

YV2

一号图书类别推杆

 

Q0.3

YV3

二号图书类别推杆

 

Q0.4

YV4

三号图书类别推杆

 

Q0.5

YV5

四号图书类别推杆

 

Q0.6

YV6

五号图书类别推杆

 

Q0.7

YV7

六号图书类别推杆

 

Q1.0

KM1

一号传输带

 

Q1.1

KM2

二号传输带

 

Q1.2

KM3

三号传输带

 

Q1.3

KM4

四号传输带

 

Q1.4

KM5

五号传输带

 

Q1.5

KM6

六号传输带

 

Q1.6

YV8

送书本推杆输出

 

Q2.0

HL1

系统运行指示

 

Q2.1

HL2

无书本指示

 

Q2.2

HL3

一号书本满指示

 

Q2.3

HL4

二号书本满指示

 

Q2.4

HL5

三号书本满指示

 

Q2.5

HL6

四号书本满指示

 

Q2.6

HL7

五号书本满指示

 

Q2.7

HL8

六号书本满指示

 

3.2主电路的硬件接线设计

对于各个图书类别传输带电动机的主电路接线设计，采用接触器进行控制，电动机主电路主要包括断路器、交流接触器。在自锁电路控制中，当接触器线圈得电，主触点吸合，电动机开始转动，当接触器线圈失电，主触点松开，电动机停止转动。

 

图3.1 主接线电路图

3.3 条形码扫描仪的硬件接线设计

   条形码扫描仪采用的产品为DM-06-AC220V，该条形码扫描仪作为本系统的扫码单元，将扫码的结果传输到可编程控制器，可编程控制器按照扫码的结果进行分拣输出。条形码扫描仪的电源为AC220V，通过对书本的条形码进行扫描识别，将扫描的结果通过辅助端子进行输出，辅助端子中，D1为损码书本识别输出，D2-D6为一号图书类别到六号图书类别的书本信号识别输出，将输出信号传输到可编程控制器。C0M为公共端，输入为AC220V的L线。条形码扫描仪的硬件接线图如下图3.5所示。

 

图3.2条形码扫描仪接线图

3.4 可编程控制器的硬件接线设计

   本系统的硬件接线如下图3.3所示。

 

图3.3 可编程控制器的硬件接线图

3.5 数字量模块的硬件接线设计

    由于系统的数字量输出个数为23个，所以需要通过数字量输出模块进行扩展设计，系统选择的数字量输入输出模块型号为EM223。数字量输入输出模块的接线和PLC的接线基本相同，对于输出部分，1M为公共端，和电源的N极连接，1L+与电源的L极连接。每个数字量输出端子接外部的指示灯。指示灯其中一端接数字量输出端子，另一端接N极。图纸设计如下图3.7所示。

 

图3.4 数字量扩展模块接线图

 

 

第四章 图书管理识别系统的软件设计

4.1程序流程图的设计

本系统的程序流程设计，按照图书管理识别系统的基本工艺和控制策略的要求，通过硬件设计和总体的控制方案，进行程序流程的研究。具体的设计分析如下：

（1）当系统上电后，开始循环扫描运行。按下外部的启动按钮后，系统开始运行，PLC进行外部的信号扫描采集，进行命令的处理和输出；

（2）当系统检测到当前有书本需要分拣时，将有书本推杆进行推出，将书本推到主传输带，并缩回。主传输带开始运行。

（3）当主传输带运行到扫码图书类别后，扫码图书类别光电开关感应到信号，将主传输带停止，并进行扫码识别，扫码识别输出为：损码输出、1-6号图书类别书本信号输出。

（4）当扫码识别出为损码时，就需要进行损码书本分拣，将主传输带运行，运行到损码书本分拣区后，损码图书类别限位开关动作，主传输带停止，然后损码推杆输出，并延时三秒后，损码推杆返回，损码的书本由人工处理。

（5）当扫码识别出为一号图书类别的书本时，就需要进行一号书本分拣，将主传输带运行，运行到一号书本分拣区后，一号图书类别限位开关动作，主传输带停止，然后一号推杆输出，并延时三秒后，一号推杆返回。紧接着一号传输带运行，运行延时30秒后停止。并且对一号图书类别的书本进行计数。

（6）对于二号图书类别书本到六号图书类别书本的识别采用与一号图书类别书本相同的工作顺序，进行书本的分拣，并且完成该图书类别的书本计数。

 （7）当某一图书类别的书本计数达到80时，将相应图书类别的书本满指示灯进行闪烁；当书本达到100时，将相应图书类别的书本满指示灯进行常亮；当书本达到120时，将停止系统，通知工作人员处理。

对于以上的工艺流程分析，按照系统的设计，需要设计主程序、损码图书类别分拣子程序、1-6号图书类别分拣子程序。具体设计的流程图如下图4.2所示。

 

图4.1 程序设计流程图

4.2 程序的设计

 4.2.1 主程序的设计

   主程序的主要任务是进行系统的启停，书本的检测并进行传输带运行，当书本达到扫码图书类别时，进行扫码，通过扫码的结果，调用相应的分拣图书类别子程序。具体设计程序如下：

 

 4.2.2 损码分拣子程序的设计

   当书本出现损码情况，扫描仪将输入信号给可编程控制器，按照逻辑控制调用损码分拣子程序。在损码分拣子程序中，首先将变频器运行，当变频器运行到损码图书类别时，限位开关动作，将变频器停止。并且输出损码推杆，当损码推杆输出延时3秒，将损码推杆缩回。并且将损码使能分拣位复位。程序如下：

 

 4.2.3 图书类别分拣子程序的设计

   当书本为图书类别一到图书类别六书本时，扫描仪将扫码结果输入信号给可编程控制器，按照逻辑控制调用相应图书类别分拣子程序。在程序设计中，不同的图书类别，调用不同图书类别的子程序。本设计以一号图书类别分拣子程序为例进行说明，在图书类别一分拣子程序中，首先将变频器运行，当变频器运行到一号图书类别时，限位开关动作，将变频器停止。并且输出一号推杆，当一号推杆输出延时3秒，将一号推杆缩回。并且开始运行一号图书类别的传输带，运行传输带30秒后，传输带自动停止，并且对该图书类别进行计数加一。将一号图书类别的调用使能复位。程序如下：

 

 4.2.4 书本满报警程序的设计

   当相应图书类别的书本超过80件且少于100件时，该图书类别的书本满指示灯闪烁；当计数书本超过100件少于120件时，该图书类别的书本满指示灯常亮。如果工作人员仍然未处理书本，书本计数超过120件时，将系统自动停止，并显示相应图书类别的书本满指示灯。通过外部的复位按钮，对相应图书类别的计数进行复位。程序设计如下：

  

 

结论

   本系统设计的图书管理识别系统控制系统，主要的工艺为进行图书识别、图书管理识别等。设计中主要对该系统进行了总体工艺分析和控制策略设计。本设计的图书管理识别主要对六个分拣地址进行扫描，当扫描的结果满足某一图书的分拣要求，将实现分拣。对破损的图书，将不执行分拣。并且对每个分拣部分进行计数，当数量达到要求后，就进行书本满显示。本系统设计达到了基本的要求，还需要在后期的升级设计中，要考虑以上的因素，使系统更加符合现场的应用要求，能够实现系统的抗干扰性和稳定性。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献

[1] 郁汉琪.可编程序控制器原理及应用（第二版）[M].中国电力出版社,2017.

 [2] 郑凤翼.怎样看电气控制电路图（第二版）[M].人民邮政出版社,2016.

 [3] 郑凤翼.怎样识读电气控制电路图[M].人民邮政出版社,2016.

 [5] 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例[M].人民邮电出版社,2018. 

 [6] 郑凤翼、郑丹丹.图解PLC控制系统梯形图和语句表.人民邮政出版社,2016.

 [7] 张桂香. 电气控制与PLC应用[M]. 北京：化学工业出版社 ,2014.

 [8] 徐科军.传感器与检测技术（第三版[M]）.电子工业出版社,2015.

 [9] 唐介.电机与拖动（第二版）[M]. 高等教育出版社,2017.

 [10] 李元东.PLC在物料分拣系统应用[J].五邑大学学报,2017.17(1)，22-25．

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

致谢

     经过毕业设计全部设计完成的努力，我在此过程中已经学习了不少东西，期间每一步，对我来说，都是一个很大的挑战，每次都是面对新的问题，这个设计是在在这大学学习的一个总结，是我目前为止真正完成的设计项目。这段时间里，经理了很多，最重要的是对大学所学知识进行了系统总结，同时也学会了新东西，尤其是论文写作，在老师的指导下，我受益匪浅。所以，我首先感谢我的指导老师。老师不仅给我的论文研究指明了方向，还在论文写作期间给与无尽的帮助，在此向老师说声：老师，您辛苦了！另外，我还要向陪伴我大学的挚友致以崇高的敬意，是他们在大学的陪伴，让我大学生活丰富多彩，在我在论文写作中体会了学习的快乐，尤其是我同宿舍的朋友们。感谢你们一路的陪伴！论文的设计离不开前辈的的研究，正是你们先前的努力，才得以让我有据可查，通过阅读你们的文章，让确定了论文的总体方案，以此完成了整个设计。所以，谢谢你们！最后，向评阅我论文的老师致谢谢意，鉴于个人能力有限，论文尚有不足之处，恳请批评指正！