基于中繼器報(bào)警燈信號(hào)打碼換戶的設(shè)計(jì)

潘必勝

(中國(guó)煙草總公司重慶市公司物流分公司，重慶 400021)

為實(shí)現(xiàn)煙草行業(yè)卷煙的物流全程跟蹤，北京中軟公司開(kāi)發(fā)了一套基于一維條碼和數(shù)字打碼的“打碼到條及訂單采集項(xiàng)目”系統(tǒng)。該系統(tǒng)為完成煙草商業(yè)卷煙配送單位銷(xiāo)售卷煙準(zhǔn)確打碼，通過(guò)單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)了核心元件串行打碼中繼控制器［1］(以下簡(jiǎn)稱中繼器)，利用燒制不同的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)與工控上位機(jī)的通訊，控制不同類型打碼機(jī)對(duì)檢測(cè)到通過(guò)的卷煙進(jìn)行精確打碼。

按照中繼器的設(shè)計(jì)功能，不具備完成在卷煙打碼過(guò)程中的自動(dòng)換戶。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，需要采用分切光電傳感器信號(hào)或者增加獨(dú)立的計(jì)數(shù)檢測(cè)元件進(jìn)行換戶設(shè)計(jì)。這樣一是容易造成兩套系統(tǒng)計(jì)數(shù)不一致造成故障停機(jī);二是增加系統(tǒng)復(fù)雜性，增大系統(tǒng)故障率及維修難度;三是增大系統(tǒng)投資。本研究使用中繼器本身的報(bào)警燈信號(hào)，利用PLC進(jìn)行邏輯編程，提供中繼器換戶信號(hào)的方式，實(shí)現(xiàn)卷煙分揀線自動(dòng)換戶打碼。

一、中繼器工作原理

(一)打碼準(zhǔn)備

在開(kāi)始進(jìn)行一條線路卷煙打碼之前，工控上位機(jī)從管理機(jī)獲取整個(gè)線路客戶卷煙關(guān)聯(lián)好的打碼信息。

(二)打碼控制

分揀完成的卷煙通過(guò)連接在中繼器［2］“條煙IN”(中繼器接口分布如圖1、圖2所示)上高精度光電檢測(cè)元件時(shí)，中繼器通知工控上位機(jī)將已經(jīng)接收好的32位打碼信息從“工控機(jī)RS232”端口傳送到中繼器。

中繼器接收到32位打碼信息后將信息從“打碼機(jī)RS232”發(fā)送給打碼機(jī)數(shù)據(jù)端;中繼器將接收到的“條煙IN”信號(hào)采用信號(hào)分配的方式通過(guò)“條煙OUT1”傳遞到打碼機(jī)控制端，控制打碼機(jī)按照接收的信息和預(yù)設(shè)的打碼延時(shí)時(shí)間由打碼頭對(duì)卷煙進(jìn)行打碼。

(三)打碼計(jì)數(shù)

在打碼過(guò)程中，中繼器將對(duì)客戶卷煙打碼數(shù)量進(jìn)行精確計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)數(shù)量與上位機(jī)傳送過(guò)來(lái)的客戶卷煙數(shù)量進(jìn)行比較，當(dāng)打碼數(shù)量與客戶數(shù)量剛好一致時(shí)，中繼器“報(bào)警燈”中24VDC綠燈熄滅，24VDC黃燈亮起0.3秒后，綠燈再次點(diǎn)亮，黃燈熄滅，完成一次打碼報(bào)警燈信號(hào)切換。

在中繼器報(bào)警燈信號(hào)切換過(guò)程中或之后，中繼器“分戶盒IN”接收到分戶盒信號(hào)，說(shuō)明數(shù)量一致，可以正常換戶，進(jìn)行下一戶卷煙打碼;但如果這時(shí)從“條煙IN”上接收到卷煙通過(guò)信號(hào)，說(shuō)明該客戶分揀多煙，則系統(tǒng)報(bào)警，中繼器“報(bào)警燈”中24VDC綠燈熄滅，紅燈點(diǎn)亮，中繼器“傳送帶?！苯o出停機(jī)信號(hào)。

在中繼器報(bào)警燈信號(hào)切換之前，中繼器“分戶盒IN”接收到分戶盒信號(hào)，說(shuō)明該客戶分揀少煙，則系統(tǒng)報(bào)警，中繼器“報(bào)警燈”中24VDC綠燈熄滅，紅燈點(diǎn)亮，中繼器“傳送帶?！苯o出停機(jī)信號(hào)。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

(一)機(jī)械設(shè)計(jì)

為滿足卷煙打碼的自動(dòng)換戶，在系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)換戶牌阻擋機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)中繼器完成換戶之前，阻擋機(jī)構(gòu)阻擋換戶牌從而阻擋分揀皮帶上的卷煙，進(jìn)入打碼皮帶而進(jìn)行打碼，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警，影響作業(yè)順利進(jìn)行。

為實(shí)現(xiàn)換戶無(wú)人值守效果，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置換戶牌自動(dòng)收集裝置，以實(shí)現(xiàn)卷煙換戶后換戶牌和卷煙的分離，并且緩存收集的換戶牌。

分揀皮帶和打碼皮帶在進(jìn)行控制選型時(shí)，應(yīng)使用變頻器對(duì)兩條皮帶速度進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，以達(dá)到進(jìn)入打碼皮帶卷煙之間存在間隙，滿足打碼光電檢測(cè)元件進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，提高打碼準(zhǔn)確率，降低系統(tǒng)故障。

為保證不損傷打碼檢測(cè)元件和打碼頭設(shè)備，在電氣控制需要的防撞檢測(cè)之后進(jìn)入打碼檢測(cè)之前增加機(jī)械防撞機(jī)構(gòu)，確保沒(méi)有重疊和直立卷煙通過(guò)，增加系統(tǒng)機(jī)械防護(hù)裝置，提高系統(tǒng)安全性。

(二)控制設(shè)計(jì)

1)保護(hù)設(shè)計(jì)。防撞檢測(cè)用于檢測(cè)通過(guò)打碼頭卷煙狀態(tài)是否異常。由于打碼頭和檢測(cè)開(kāi)關(guān)位置距離卷煙面很近，在打碼皮帶上的卷煙偶爾會(huì)出現(xiàn)重疊或直立，如果直接通過(guò)會(huì)造成設(shè)備損壞或打碼檢測(cè)錯(cuò)誤，為保證系統(tǒng)運(yùn)行安全，由一組對(duì)射光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行電氣保護(hù)。

滯留檢測(cè)用于檢測(cè)報(bào)警信號(hào)燈狀態(tài)變化后，是否還有卷煙在打碼皮帶上。由于阻擋裝置和打碼檢測(cè)開(kāi)關(guān)的距離接近800mm，當(dāng)由于通過(guò)打碼皮帶卷煙間距比較大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)正常換戶，而把后續(xù)通過(guò)的卷煙作為下一客戶卷煙進(jìn)行打碼，造成打碼及計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，杜絕此類故障的出現(xiàn)，需要增加一組對(duì)射光電開(kāi)關(guān)，保證在正常換戶時(shí)，阻擋裝置和打碼檢測(cè)之間沒(méi)有卷煙，以提高系統(tǒng)可靠性。

2)電路設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在煙草行業(yè)無(wú)論那種分揀模式在其分揀或包裝控制系統(tǒng)中，均會(huì)使用PLC作為核心控制組件。本研究的設(shè)計(jì)思路是不作為單獨(dú)系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，采用分揀系統(tǒng)或包裝機(jī)系統(tǒng)所帶的PLC控制器作為該套系統(tǒng)的控制器使用，本研究以西門(mén)子S7系列226型PLC為例進(jìn)行設(shè)計(jì)闡述，系統(tǒng)電氣控制接線如圖3所示。

圖3 電氣控制

中繼器“報(bào)警燈”的綠燈、黃燈、紅燈均使中繼器所帶的24VDC作為指示燈電源。為保證指示燈信號(hào)進(jìn)入控制系統(tǒng)，并且中繼器電源和PLC控制電源不受影響，采用KA1～KA3的24VDC中間繼電器對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離后輸入控制系統(tǒng)。

為滿足處理分揀錯(cuò)誤，人工定位打碼等個(gè)性需求，設(shè)計(jì)由一個(gè)手動(dòng)按鈕SB1同時(shí)控制阻擋氣缸和給出中繼器［3］“分戶盒 IN”信號(hào)。

為滿足系統(tǒng)安全和可靠性，將防撞檢測(cè)SQ3和滯留SQ2保護(hù)光電信號(hào)輸入PLC進(jìn)行控制，作為安全和滯留檢測(cè)信號(hào)使用的對(duì)射光電開(kāi)關(guān)，注意選擇常開(kāi)常閉形式，確保在光電開(kāi)關(guān)發(fā)射端和接收端沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)時(shí)要起到保護(hù)作用，避免保護(hù)失效。

為保證干擾和中間繼電器觸點(diǎn)的抖動(dòng)不對(duì)中繼器產(chǎn)生誤動(dòng)作信號(hào)，在設(shè)計(jì)時(shí)不要使用阻擋氣缸一組信號(hào)進(jìn)行控制［4］，在硬件上宜使用PLC的直接觸點(diǎn)或固態(tài)繼電器SSR觸點(diǎn)進(jìn)行輸出，在程序上不宜輸出過(guò)長(zhǎng)換戶信號(hào)。

三、軟件設(shè)計(jì)

(一)皮帶控制

1)啟動(dòng)要求。分揀皮帶打碼皮帶啟動(dòng)時(shí)，必須保證為綠燈即允許打碼狀態(tài)，避免卷煙通過(guò)打碼系統(tǒng)為運(yùn)行。

2)邏輯要求。分揀皮帶運(yùn)行的前提是打碼皮帶及前端設(shè)備運(yùn)行正常、保護(hù)開(kāi)關(guān)及停止按鈕未起作用。

3)控制程序［5］

LD I0.0 ON I1.3 A M0.0 A M0.0 S M0.0，1ON I0.6 A Q0.3 = Q0.3 LDN I0.2 R M0.0，1 = Q0.2 ON I1.0 LD I0.7 LD I1.1 ON I1.2 O Q0.2 O Q0.3

(二)換戶控制

1)正常換戶。當(dāng)一戶卷煙打碼完成，綠燈熄滅，利用信號(hào)下降沿啟動(dòng)一次換戶開(kāi)始，預(yù)設(shè)延時(shí)時(shí)間到后，只要滿足換戶牌前所有卷煙已經(jīng)通過(guò)打碼頭，分揀皮帶在運(yùn)行，換戶牌在檢測(cè)開(kāi)關(guān)位置，則讓阻擋氣缸動(dòng)作，輸出信號(hào)到中繼器進(jìn)行換戶。

2)黃燈處理。由于打碼系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和人工定位打碼操作時(shí)，狀態(tài)燈為黃燈亮綠燈熄滅，為讓換戶程序不將此類操作誤認(rèn)為換戶，程序?qū)ⅫS燈點(diǎn)亮?xí)r間超過(guò)正常換戶黃燈點(diǎn)亮?xí)r間視為人工操作，自動(dòng)清除因綠燈熄滅而啟動(dòng)的換戶過(guò)程。

3)紅燈操作。在打碼過(guò)程任何時(shí)候產(chǎn)生報(bào)警即紅燈點(diǎn)亮，均會(huì)導(dǎo)致綠燈熄滅而啟動(dòng)一次換戶過(guò)程，但實(shí)際操作應(yīng)該進(jìn)行人工故障復(fù)位，所以程序檢測(cè)到紅燈信號(hào)一旦出現(xiàn)，馬上清除本次換戶過(guò)程，并要求人工復(fù)位故障達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間后才運(yùn)行啟動(dòng)下一次換戶過(guò)程。

4)定時(shí)器使用。程序在打碼過(guò)程從啟動(dòng)、條件檢測(cè)和輸出信號(hào)等階段均采用定時(shí)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便可根據(jù)調(diào)試效果修改時(shí)間參數(shù)，確保換戶過(guò)程穩(wěn)定、可靠、連續(xù)運(yùn)行。

5)控制程序。

LD I0.0 LD M0.3 LD I0.1 ED A M0.4 TON T105，50 S M0.1，1 AN I0.5 A T105 LD M0.1 A Q0.2 = M0.5 TON T101，2 S Q0.0，1 LD M0.5 A T101 S Q0.1，1 O M2.0 S M0.2，1 R M0.2，1 R M0.2，1 LDN I0.2 R M0.3，1 R M0.3，1 TON T102，15LD Q0.0 LD I0.3 A T102 TON T103，3 S Q0.0，1 R M2.0，1 A T103 S Q0.1，1 LD I0.2 R Q0.0，1 LD I0.4 S M2.0，1 LD Q0.1 TON T106，5 LD M0.2 TON T104，6 A T106 A T102 A T104 = M0.4= M0.3 R Q0.1，1

四、結(jié)束語(yǔ)

在中軟公司為煙草行業(yè)定制開(kāi)發(fā)的“打碼到條及訂單采集項(xiàng)目”系統(tǒng)中，用其提供的串行打碼中繼控制器報(bào)警燈端口提供的狀態(tài)燈，通過(guò)簡(jiǎn)單的邏輯編程，完全能夠解決打碼自動(dòng)換戶難題，而且系統(tǒng)簡(jiǎn)單，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，換戶穩(wěn)定，運(yùn)行順暢。在筆者所在單位10條分揀線近2年的運(yùn)行結(jié)果表明，正是由于該套設(shè)計(jì)方案的成功應(yīng)用，才將電子標(biāo)簽輔助分揀系統(tǒng)的功能發(fā)揮到了極致，成為全國(guó)行業(yè)內(nèi)該類設(shè)備分揀效率最高的單位，達(dá)到了令人滿意的效果。

［1］北京中軟國(guó)際信息技術(shù)有限公司.打碼到條及訂單采集項(xiàng)目中繼控制器信號(hào)線接地方法［DB/CD］.2007.

［2］北京中軟國(guó)際信息技術(shù)有限公司.中繼器面板插座接線定義［DB/CD］.2007.

［3］北京中軟國(guó)際信息技術(shù)有限公司.打碼到條中繼控制器實(shí)施文檔［DB/CD］.2007.

［4］宋伯生.PLC編程實(shí)用指南［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［5］SIEMENS.SIMATICS7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)(中文版)［S］.E20001-H5540-C400-V2-5D00，2002－04.