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0引言
隨著當今社會現(xiàn)代化與信息化的發(fā)展，將信息技術、自動化技術應用于工業(yè)生產中已成為一種趨勢。在當代工廠生產中，企業(yè)不只看重產品的數(shù)量，對產品的質量也有很高的要求。工業(yè)生產中，在產品的包裝環(huán)節(jié)，通常情況下都是工人憑借生產經(jīng)驗進行產品的包裝檢測，這種檢測方式很容易出現(xiàn)疲勞操作，造成包裝失誤，影響消費者的滿意度。該文提出基于PLC的包裝防錯控制系統(tǒng)，為工業(yè)現(xiàn)場的產品檢驗和包裝過程開辟了新的思路。包裝防錯控制系統(tǒng)取代了工人憑經(jīng)驗操作的過程，大大降低了工作失誤率，減小勞動強度，提高產品的生產速度。同時，操作現(xiàn)場還可以通過觸摸屏編輯參數(shù)，顯示產品的實時重量、數(shù)量等數(shù)據(jù)。系統(tǒng)經(jīng)調試已應用于某動力工具生產公司，客戶反饋很好，優(yōu)化了生產工作現(xiàn)狀，提高了產品生產效率。
1硬件系統(tǒng)
某企業(yè)原有一條生產線，在產品的包裝環(huán)節(jié)，包裝箱內除2個該公司生產的動力工具外，最多還需配套2本使用說明書，貼3種不同的標簽。按照以往的工作流程，在封裝之前，先對產品進行人工檢查，工人憑經(jīng)驗查看產品是否合格，是否存在遺漏零件的情況，然后再去分別拿標簽和說明書進行粘貼放置，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時間，而且無法保證產品的精度?，F(xiàn)需要設計一套包裝防錯控制系統(tǒng)，控制流程如下:工人在稱重平臺上進行產品封裝過程，平臺上的接近開關激活防錯控制系統(tǒng);稱重傳感器檢測產品的重量，與多個產品總重量的平均值進行比較，判斷是否遺漏零件;工人經(jīng)過光幕取拿標簽，每經(jīng)過一個光幕都會像控制器發(fā)送一個開關量信號，防止漏貼標簽;使用條形碼掃描器掃描產品說明書上的條形碼，以防遺漏說明書;最后踩踏腳踏開關，綜合產品的重量和標簽說明書的數(shù)量，給出不同的信號燈的顏色，判斷整個封裝過程是否符合標準。
1．1系統(tǒng)構成
包裝防錯控制系統(tǒng)主要負責現(xiàn)場信息的采集與判斷?？刂葡到y(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緊湊型交換機模塊［1］，該型號CPU為緊湊型CPU，已集成8個數(shù)字量輸入點、6個數(shù)字量輸出點，并自帶一個以太網(wǎng)口用于與其他設備或者編程軟件TIAPortalV13進行通信;稱重設備選用ACT350增強型變送器，該設備同樣由24V直流電源供電，支持PＲOFINET接口通信，有一個模擬傳感器接口，支持最多8只350Ω傳感器，精度高，配置簡單，支持35mm導軌式安裝，節(jié)省控制柜空間，易操作;觸摸屏選用KTP700BasicPN型號，該型號觸摸屏為800×480像素，有8個功能鍵，1個PＲOFINET接口，1個USB接口，支持按鍵和觸摸操作。防錯控制系統(tǒng)的硬件連接示意圖如圖1所示。

為適應不同生產線上的包裝要求，光幕和條形碼掃描器設計為插拔可移動式，根據(jù)不同要求選擇合適的光幕(最多3個)和條形碼掃描器(最多2個)，系統(tǒng)通過獲取光幕、條形碼掃描器的開關量信號來判定標簽、說明書是否放置完畢。為適應現(xiàn)場環(huán)境，節(jié)省設備的安裝空間，選用勞易測MLC300T14－150型號的光幕，直接將信號線連接至PLC的輸入點即可;條形碼掃描器選用歐姆龍V500－Ｒ2系列產品，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1000次/s。通過用戶手冊指定的菜單命令在條形碼掃描器內注冊產品說明書編號，并設置為常開讀取方式，無需外部觸發(fā)信號，接通電源期間即為可讀取狀態(tài)，讀取模式為連續(xù)讀取，連接信號輸出線至PLC輸入點。條形碼掃描器工作流程如圖2所示。

1.通信設置
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)中所有設備通過CSM1277交換機模塊(含4個ＲJ45接口)相互連接，網(wǎng)絡中的每個PＲOFINET設備均通過其PＲOFINET接口進行唯一標識，每個PＲOFINET接口具有一個MAC地址(出廠默認值)、一個IP地址和PＲOFINET設備名稱。
建立控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡，選擇相應型號的PLC模塊進行組態(tài)，在組態(tài)界面中選擇查看CPU的PＲOFINET接口信息，點擊新建子網(wǎng)按鈕，建立PN/IE_1子網(wǎng)，子網(wǎng)的地址采用默認的192．168．0．x格式，前3個字節(jié)的子網(wǎng)地址完全相同，第4個字節(jié)是子網(wǎng)內設備的地址，可在0～150之間任意取值，但不能與網(wǎng)絡中其他設備的IP地址重復。在拓撲試圖中分別添加交換機模塊、觸摸屏和稱重變送器模塊，分別設置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)絡內所有設備的子網(wǎng)掩碼為255．255．255．0，網(wǎng)絡內設備的名稱均為默認名稱，可以選擇更改。網(wǎng)絡內各設備與交換機模塊之間的接線如圖3所示。交換機模塊的第4個端口可連接計算機，進行系統(tǒng)調試。

稱重變送器基于SAI(Stand-ardAutomationInterface)協(xié)議實現(xiàn)與控制器之間的數(shù)據(jù)交換。稱重模塊中默認為4個字讀數(shù)據(jù)塊和4個字寫數(shù)據(jù)塊，分別對應控制器的4個字的輸入(I100～I107)和4個字的輸出(Q100～Q107)。稱重模塊中每個字的功能如圖4所示。

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

標準數(shù)據(jù)的浮點數(shù)可表示為:

符號s為浮點數(shù)的最高位，0表示正數(shù)，1表示負數(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，實現(xiàn)實時監(jiān)控生產過程的目的［3］。
2軟件系統(tǒng)
系統(tǒng)基于TIAPortalV13軟件平臺搭建而成，該平臺集成了STEP7，WinCC和Startdrive軟件，可以對控制器、HMI設備和驅動設備進行同步組態(tài)，可以實現(xiàn)在一個軟件中同時編輯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，確保整個項目中的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。
2.1 PLC程序
包裝防錯控制系統(tǒng)的生產工藝流程主要包括兩個方面，第一方面是稱重數(shù)據(jù)的采集、處理、保存程序，實時存儲有效數(shù)據(jù)供系統(tǒng)調用。第二方面根據(jù)光幕和條形碼掃描器的高電平信號來判斷是否遺漏標簽、說明書，若產品的稱重數(shù)據(jù)在允許誤差范圍內，且未遺漏標簽和說明書，則確定為合格產品且包裝環(huán)節(jié)準確。
系統(tǒng)第一次啟用時，PLC通過QW106向稱重變送器發(fā)送請求稱重數(shù)據(jù)的指令，變送器發(fā)送32位單精度浮點數(shù)稱重數(shù)據(jù)至地址ID100中，通過觸摸屏輸入第一個產品的目標值和允許誤差值，分別保存在地址MD28，MD24中，包裝前5個產品的重量是否合格是通過目標值與允許誤差值求和、做差來判斷;從包裝的第6個產品開始，則需要求出此產品之前5個產品總重量，然后求出平均值作為目標值保存在MD32中，通過平均值與允差值求出允許的產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)進行比較，判斷產品重量是否合格。PLC部分程序如下:

2．2觸摸屏設計
包裝防錯控制系統(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、設定界面和監(jiān)控界面，如圖5～圖7所示。

主界面中包含有設定界面按鈕和監(jiān)控界面按鈕，用來執(zhí)行跳轉到指定界面命令。
設定界面中包含5個開關按鈕，分別對應2個條形碼掃描器和3個光幕。根據(jù)產品的包裝要求，選擇需要使用的光幕和條形碼掃描器，如生產線僅需要一個條形碼掃描器和2個光幕，點擊需要移除設備的對應按鈕，切換為未使用狀態(tài)，移除關閉的設備備用即可。該系統(tǒng)設備默認為全部使用。
監(jiān)控界面包含的功能較多，不僅可以實時顯示
稱重平臺上產品的重量，還可以通過觸摸屏輸入目標值、允差值等參數(shù)。在監(jiān)控界面中設置有模擬燈光信號，用戶可以直接觀察到產品重量是否合格，標簽、說明書的個數(shù)是否達到要求等信息。為防止出現(xiàn)稱重平臺上沒有產品時，稱重儀表上仍為非零狀態(tài)的情況，在監(jiān)控界面中設置清零按鈕向稱重變送器發(fā)送指令將顯示數(shù)字置零;同時設置復位按鈕，清空PLC中記錄的產品數(shù)量等信息，方便進行定量生產時的計數(shù)操作。
3結語
該文針對產品及其包裝的防錯問題，研究并設計了一套自動檢測控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)采集的稱重數(shù)據(jù)和開關量信號判斷產品及其包裝是否符合標準。系統(tǒng)經(jīng)調試后已穩(wěn)定運行，大大提高了工作效率，降低了生產成本，代替了以往的人工檢測過程，提高了產品精度。但該文僅針對一類生產線進行監(jiān)控，并不適用于所有產品的包裝檢測過程，后期仍需要不斷地調試設計來適應更多的產品。

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