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0引言
隨著當(dāng)今社會(huì)現(xiàn)代化與信息化的發(fā)展，將信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中已成為一種趨勢。在當(dāng)代工廠生產(chǎn)中，企業(yè)不只看重產(chǎn)品的數(shù)量，對產(chǎn)品的質(zhì)量也有很高的要求。工業(yè)生產(chǎn)中，在產(chǎn)品的包裝環(huán)節(jié)，通常情況下都是工人憑借生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)品的包裝檢測，這種檢測方式很容易出現(xiàn)疲勞操作，造成包裝失誤，影響消費(fèi)者的滿意度。該文提出基于PLC的包裝防錯(cuò)控制系統(tǒng)，為工業(yè)現(xiàn)場的產(chǎn)品檢驗(yàn)和包裝過程開辟了新的思路。包裝防錯(cuò)控制系統(tǒng)取代了工人憑經(jīng)驗(yàn)操作的過程，大大降低了工作失誤率，減小勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)速度。同時(shí)，操作現(xiàn)場還可以通過觸摸屏編輯參數(shù)，顯示產(chǎn)品的實(shí)時(shí)重量、數(shù)量等數(shù)據(jù)。系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試已應(yīng)用于某動(dòng)力工具生產(chǎn)公司，客戶反饋很好，優(yōu)化了生產(chǎn)工作現(xiàn)狀，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率。
1硬件系統(tǒng)
某企業(yè)原有一條生產(chǎn)線，在產(chǎn)品的包裝環(huán)節(jié)，包裝箱內(nèi)除2個(gè)該公司生產(chǎn)的動(dòng)力工具外，最多還需配套2本使用說明書，貼3種不同的標(biāo)簽。按照以往的工作流程，在封裝之前，先對產(chǎn)品進(jìn)行人工檢查，工人憑經(jīng)驗(yàn)查看產(chǎn)品是否合格，是否存在遺漏零件的情況，然后再去分別拿標(biāo)簽和說明書進(jìn)行粘貼放置，現(xiàn)場工人很容易出現(xiàn)疲勞操作現(xiàn)象，這種工作方式不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且無法保證產(chǎn)品的精度。現(xiàn)需要設(shè)計(jì)一套包裝防錯(cuò)控制系統(tǒng)，控制流程如下:工人在稱重平臺(tái)上進(jìn)行產(chǎn)品封裝過程，平臺(tái)上的接近開關(guān)激活防錯(cuò)控制系統(tǒng);稱重傳感器檢測產(chǎn)品的重量，與多個(gè)產(chǎn)品總重量的平均值進(jìn)行比較，判斷是否遺漏零件;工人經(jīng)過光幕取拿標(biāo)簽，每經(jīng)過一個(gè)光幕都會(huì)像控制器發(fā)送一個(gè)開關(guān)量信號(hào)，防止漏貼標(biāo)簽;使用條形碼掃描器掃描產(chǎn)品說明書上的條形碼，以防遺漏說明書;最后踩踏腳踏開關(guān)，綜合產(chǎn)品的重量和標(biāo)簽說明書的數(shù)量，給出不同的信號(hào)燈的顏色，判斷整個(gè)封裝過程是否符合標(biāo)準(zhǔn)。
1．1系統(tǒng)構(gòu)成
包裝防錯(cuò)控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場信息的采集與判斷。控制系統(tǒng)主要包括PLC、稱重變送器和觸摸屏。PLC選用S7－1200系列，包括CPU1212C，SM1223(DI16/DO16×24V)模塊和
CSM1277緊湊型交換機(jī)模塊［1］，該型號(hào)CPU為緊湊型CPU，已集成8個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)、6個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，并自帶一個(gè)以太網(wǎng)口用于與其他設(shè)備或者編程軟件TIAPortalV13進(jìn)行通信;稱重設(shè)備選用ACT350增強(qiáng)型變送器，該設(shè)備同樣由24V直流電源供電，支持PＲOFINET接口通信，有一個(gè)模擬傳感器接口，支持最多8只350Ω傳感器，精度高，配置簡單，支持35mm導(dǎo)軌式安裝，節(jié)省控制柜空間，易操作;觸摸屏選用KTP700BasicPN型號(hào)，該型號(hào)觸摸屏為800×480像素，有8個(gè)功能鍵，1個(gè)PＲOFINET接口，1個(gè)USB接口，支持按鍵和觸摸操作。防錯(cuò)控制系統(tǒng)的硬件連接示意圖如圖1所示。

為適應(yīng)不同生產(chǎn)線上的包裝要求，光幕和條形碼掃描器設(shè)計(jì)為插拔可移動(dòng)式，根據(jù)不同要求選擇合適的光幕(最多3個(gè))和條形碼掃描器(最多2個(gè))，系統(tǒng)通過獲取光幕、條形碼掃描器的開關(guān)量信號(hào)來判定標(biāo)簽、說明書是否放置完畢。為適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境，節(jié)省設(shè)備的安裝空間，選用勞易測MLC300T14－150型號(hào)的光幕，直接將信號(hào)線連接至PLC的輸入點(diǎn)即可;條形碼掃描器選用歐姆龍V500－Ｒ2系列產(chǎn)品，體積小，便于安裝，帶有燈光、蜂鳴器等提示功能，讀取速度可達(dá)1000次/s。通過用戶手冊指定的菜單命令在條形碼掃描器內(nèi)注冊產(chǎn)品說明書編號(hào)，并設(shè)置為常開讀取方式，無需外部觸發(fā)信號(hào)，接通電源期間即為可讀取狀態(tài)，讀取模式為連續(xù)讀取，連接信號(hào)輸出線至PLC輸入點(diǎn)。條形碼掃描器工作流程如圖2所示。

1.通信設(shè)置
該文的通信主要包括PLC與稱重變送器、PLC與觸摸屏之間基于PＲOFINET協(xié)議的通信。控制系統(tǒng)中所有設(shè)備通過CSM1277交換機(jī)模塊(含4個(gè)ＲJ45接口)相互連接，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)PＲOFINET設(shè)備均通過其PＲOFINET接口進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，每個(gè)PＲOFINET接口具有一個(gè)MAC地址(出廠默認(rèn)值)、一個(gè)IP地址和PＲOFINET設(shè)備名稱。
建立控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，選擇相應(yīng)型號(hào)的PLC模塊進(jìn)行組態(tài)，在組態(tài)界面中選擇查看CPU的PＲOFINET接口信息，點(diǎn)擊新建子網(wǎng)按鈕，建立PN/IE_1子網(wǎng)，子網(wǎng)的地址采用默認(rèn)的192．168．0．x格式，前3個(gè)字節(jié)的子網(wǎng)地址完全相同，第4個(gè)字節(jié)是子網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的地址，可在0～150之間任意取值，但不能與網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的IP地址重復(fù)。在拓?fù)湓噲D中分別添加交換機(jī)模塊、觸摸屏和稱重變送器模塊，分別設(shè)置PLCIP地址為192．168．0．1，稱重變送器模塊IP地址為192．168．0．2，觸摸屏IP地址為192．168．0．3，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有設(shè)備的子網(wǎng)掩碼為255．255．255．0，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備的名稱均為默認(rèn)名稱，可以選擇更改。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各設(shè)備與交換機(jī)模塊之間的接線如圖3所示。交換機(jī)模塊的第4個(gè)端口可連接計(jì)算機(jī)，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。

稱重變送器基于SAI(Stand-ardAutomationInterface)協(xié)議實(shí)現(xiàn)與控制器之間的數(shù)據(jù)交換。稱重模塊中默認(rèn)為4個(gè)字讀數(shù)據(jù)塊和4個(gè)字寫數(shù)據(jù)塊，分別對應(yīng)控制器的4個(gè)字的輸入(I100～I(xiàn)107)和4個(gè)字的輸出(Q100～Q107)。稱重模塊中每個(gè)字的功能如圖4所示。

稱重測量數(shù)據(jù)以32位單精度浮點(diǎn)數(shù)格式發(fā)送至控制器的I100…I103地址內(nèi)，其中包含小數(shù)點(diǎn)、正負(fù)號(hào)等特殊字符。浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式遵循IEEE784－1985格式標(biāo)準(zhǔn)［2］。32位浮點(diǎn)數(shù)各個(gè)位的意義如下:

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的浮點(diǎn)數(shù)可表示為:

符號(hào)s為浮點(diǎn)數(shù)的最高位，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù);指數(shù)e由中間8位確定;尾數(shù)f位由最后23位數(shù)確定。如上所示浮點(diǎn)數(shù)，經(jīng)由觸摸屏顯示數(shù)據(jù)即為0．15625。PLC通過命令字向稱重變送器發(fā)送不同的指令，請求不同的數(shù)據(jù)，如毛重、凈重、去皮等。PLC以“變量”的方式實(shí)現(xiàn)觸摸屏與稱重模塊之間的通信。在觸摸屏與PLC已建立通信連接的基礎(chǔ)上，定義需要監(jiān)控觀察的過程變量，創(chuàng)建觸摸屏畫面，將畫面中的元素與PLC中的變量建立連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程的目的［3］。
2軟件系統(tǒng)
系統(tǒng)基于TIAPortalV13軟件平臺(tái)搭建而成，該平臺(tái)集成了STEP7，WinCC和Startdrive軟件，可以對控制器、HMI設(shè)備和驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行同步組態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)軟件中同時(shí)編輯PLC程序和觸摸屏畫面的目的，有利于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)保存，確保整個(gè)項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。
2.1 PLC程序
包裝防錯(cuò)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程主要包括兩個(gè)方面，第一方面是稱重?cái)?shù)據(jù)的采集、處理、保存程序，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)有效數(shù)據(jù)供系統(tǒng)調(diào)用。第二方面根據(jù)光幕和條形碼掃描器的高電平信號(hào)來判斷是否遺漏標(biāo)簽、說明書，若產(chǎn)品的稱重?cái)?shù)據(jù)在允許誤差范圍內(nèi)，且未遺漏標(biāo)簽和說明書，則確定為合格產(chǎn)品且包裝環(huán)節(jié)準(zhǔn)確。
系統(tǒng)第一次啟用時(shí)，PLC通過QW106向稱重變送器發(fā)送請求稱重?cái)?shù)據(jù)的指令，變送器發(fā)送32位單精度浮點(diǎn)數(shù)稱重?cái)?shù)據(jù)至地址ID100中，通過觸摸屏輸入第一個(gè)產(chǎn)品的目標(biāo)值和允許誤差值，分別保存在地址MD28，MD24中，包裝前5個(gè)產(chǎn)品的重量是否合格是通過目標(biāo)值與允許誤差值求和、做差來判斷;從包裝的第6個(gè)產(chǎn)品開始，則需要求出此產(chǎn)品之前5個(gè)產(chǎn)品總重量，然后求出平均值作為目標(biāo)值保存在MD32中，通過平均值與允差值求出允許的產(chǎn)品重量的最大值和最小值分別保存在地址MD132，MD136中，與MD32中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷產(chǎn)品重量是否合格。PLC部分程序如下:

2．2觸摸屏設(shè)計(jì)
包裝防錯(cuò)控制系統(tǒng)需要利用觸摸屏來顯示數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)。觸摸屏主要包含主界面、設(shè)定界面和監(jiān)控界面，如圖5～圖7所示。

主界面中包含有設(shè)定界面按鈕和監(jiān)控界面按鈕，用來執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到指定界面命令。
設(shè)定界面中包含5個(gè)開關(guān)按鈕，分別對應(yīng)2個(gè)條形碼掃描器和3個(gè)光幕。根據(jù)產(chǎn)品的包裝要求，選擇需要使用的光幕和條形碼掃描器，如生產(chǎn)線僅需要一個(gè)條形碼掃描器和2個(gè)光幕，點(diǎn)擊需要移除設(shè)備的對應(yīng)按鈕，切換為未使用狀態(tài)，移除關(guān)閉的設(shè)備備用即可。該系統(tǒng)設(shè)備默認(rèn)為全部使用。
監(jiān)控界面包含的功能較多，不僅可以實(shí)時(shí)顯示
稱重平臺(tái)上產(chǎn)品的重量，還可以通過觸摸屏輸入目標(biāo)值、允差值等參數(shù)。在監(jiān)控界面中設(shè)置有模擬燈光信號(hào)，用戶可以直接觀察到產(chǎn)品重量是否合格，標(biāo)簽、說明書的個(gè)數(shù)是否達(dá)到要求等信息。為防止出現(xiàn)稱重平臺(tái)上沒有產(chǎn)品時(shí)，稱重儀表上仍為非零狀態(tài)的情況，在監(jiān)控界面中設(shè)置清零按鈕向稱重變送器發(fā)送指令將顯示數(shù)字置零;同時(shí)設(shè)置復(fù)位按鈕，清空PLC中記錄的產(chǎn)品數(shù)量等信息，方便進(jìn)行定量生產(chǎn)時(shí)的計(jì)數(shù)操作。
3結(jié)語
該文針對產(chǎn)品及其包裝的防錯(cuò)問題，研究并設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)檢測控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)采集的稱重?cái)?shù)據(jù)和開關(guān)量信號(hào)判斷產(chǎn)品及其包裝是否符合標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后已穩(wěn)定運(yùn)行，大大提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本，代替了以往的人工檢測過程，提高了產(chǎn)品精度。但該文僅針對一類生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控，并不適用于所有產(chǎn)品的包裝檢測過程，后期仍需要不斷地調(diào)試設(shè)計(jì)來適應(yīng)更多的產(chǎn)品。

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