配料生產(chǎn)控制及倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳 剛,楊慧中

(江南大學(xué)輕工過程先進(jìn)控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無錫 214122)

配料生產(chǎn)控制及倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳 剛,楊慧中

(江南大學(xué)輕工過程先進(jìn)控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無錫 214122)

針對某粘膠生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中存在的原材料管理和配料控制問題，在綜合條碼、組態(tài)王、PLC與觸摸屏技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于條碼技術(shù)的配料生產(chǎn)控制及倉儲管理系統(tǒng)。通過入庫管理、出庫管理、報(bào)表生成管理等功能模塊，實(shí)現(xiàn)了倉庫綜合管理；采用條碼技術(shù)自動選擇最優(yōu)先使用的物料，實(shí)現(xiàn)了加料作業(yè)管理的信息存儲,使每種物料從采購原料到使用消耗的全過程可追溯。該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了加料過程的自動控制，而且能同步更新原料的使用情況。這對企業(yè)提高倉儲管理的質(zhì)量和效率，降低企業(yè)庫存成本，實(shí)現(xiàn)配料的精確控制，提升企業(yè)市場競爭力，都具有較深遠(yuǎn)的意義。試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)操作靈活，工作可靠，能達(dá)到工藝要求，具有較好的應(yīng)用前景。

配料生產(chǎn)控制； 倉儲管理； 條碼技術(shù)； 觸摸屏； 組態(tài)王； 數(shù)據(jù)庫； PLC

0 引言

配料是生產(chǎn)過程中的一道重要工序，配料的準(zhǔn)確與否將直接影響產(chǎn)品的最終性能。在粘膠生產(chǎn)中，不同規(guī)格的粘膠需要不同的配方，而在實(shí)際生產(chǎn)過程中每種配方又含有幾種或幾十種原料。目前，許多企業(yè)采用的人工配料方式不但效率低，而且易出錯，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要[1]。

配料系統(tǒng)中的原料管理與倉儲管理互為關(guān)聯(lián)。在傳統(tǒng)倉儲管理模式下，物料進(jìn)出庫較為隨意，由人工管理的庫存物品信息登記不僅容易出錯，還會影響物品的出庫速度，造成庫存物品的損失[2]。一旦出現(xiàn)問題，查找原因和追究責(zé)任也較為困難。企業(yè)生產(chǎn)過程中，一般要求原料的使用遵循“先入先用”的原則。目前，人工管理無法確保工人在領(lǐng)料和使用中嚴(yán)格執(zhí)行該原則。

為了解決上述問題，本文根據(jù)某粘膠生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)管理要求，開發(fā)了基于條碼技術(shù)的配料生產(chǎn)控制及倉儲管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過入庫管理、出庫管理、報(bào)表生成管理等功能模塊，實(shí)現(xiàn)了倉庫的綜合管理；通過條碼技術(shù)，能夠自動選擇最優(yōu)先使用的物料，并實(shí)現(xiàn)了加料自動控制及其作業(yè)管理的信息存儲。這對于提高企業(yè)倉儲管理的質(zhì)量和效率，降低企業(yè)庫存成本，實(shí)現(xiàn)配料的精確控制及提升企業(yè)市場競爭力具有一定作用。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC) 具有體積小、功能強(qiáng)、編程簡單、維護(hù)方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但人機(jī)對話不方便[3]。觸摸屏是連接操作人員和機(jī)器設(shè)備之間的橋梁,其接收操作人員發(fā)出的命令和設(shè)置參數(shù)，并實(shí)時監(jiān)控PLC 的I/O 狀態(tài)與系統(tǒng)運(yùn)行過程。條碼技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新興技術(shù)。條碼是一種通過寬窄不同的黑白直線條紋的組合來表示數(shù)字或字母的特殊編碼，具有準(zhǔn)確率高、成本低、制作簡單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是目前較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的自動識別技術(shù)。組態(tài)王是國內(nèi)開發(fā)較早的一種開放型通用工控軟件，其充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)，有利于二次開發(fā)。

在綜合PLC、觸摸屏、條碼技術(shù)與組態(tài)王特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于條碼技術(shù)的配料生產(chǎn)控制及倉儲管理系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

原料進(jìn)廠后，首先按一定格式編制條碼，并將條碼信息錄入倉儲管理系統(tǒng)中；然后，打印條碼標(biāo)簽，并將其粘貼到原料桶上。工人領(lǐng)料時，必須先在計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)中查找到該類型物料的最優(yōu)條碼，即最早入庫的該類型物料條碼；然后，通過條碼讀碼器，將領(lǐng)用信息存儲到系統(tǒng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。

上位組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要完成以下任務(wù):首先，通過RS-485接口讀取并顯示PLC 寄存器中的值；然后，向 PLC 發(fā)送每種物料的最優(yōu)條碼；最后，將PLC 上傳的加料信息(包含加料時間、物料名稱、條碼、加料質(zhì)量和操作人員)存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，以備查詢。

生產(chǎn)現(xiàn)場的觸摸屏與PLC之間通過RS-232接口實(shí)現(xiàn)通信，觸摸屏與現(xiàn)場條碼讀碼器通過USB連接。加料生產(chǎn)時，在觸摸屏上選擇物料名稱并掃描所加物料的條碼標(biāo)簽，并與PLC寄存器中的最優(yōu)條碼進(jìn)行比對。如條碼不符，即進(jìn)行報(bào)警提示，并覆蓋加料啟動按鈕，禁止加料生產(chǎn)，從而確保原料按照“先入先用”原則被合理使用。當(dāng)條碼一致，即可進(jìn)入加料操作，選擇電磁閥并設(shè)置加料量。PLC接到觸摸屏的指令信號后，執(zhí)行控制任務(wù)。PLC接收稱重傳感器信號，控制現(xiàn)場電磁閥，實(shí)現(xiàn)精確加料。每次的加料信息會實(shí)時存入計(jì)算機(jī)和觸摸屏中，并能以Excel的形式保存到觸摸屏的外置硬盤上，使數(shù)據(jù)處理更方便。

由于現(xiàn)場與上位機(jī)管理系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)，通信采用RS-485。由于計(jì)算機(jī)接口為RS-232、PLC通信接口為RS-485，故必須在計(jì)算機(jī)串口處安裝RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換器，以解決通信接口匹配問題?？紤]到粘膠生產(chǎn)現(xiàn)場的防爆要求，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，除了控制柜、稱重變送器、電磁閥采用防爆型以外，信號線的連接也要采用防爆接線盒和防爆軟管。

2 倉儲管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 條碼技術(shù)

條碼分為一維條碼和二維條碼。一維條碼只是在一個方向(一般是水平方向)表達(dá)信息，而在另一方向(一般是垂直方向)不表達(dá)任何信息。一維條碼可以提高信息錄入的速度、降低差錯率。但是一維條碼也存在一些不足之處：數(shù)據(jù)容量較小、只能包含字母和數(shù)字，條碼遭到損壞后便不能閱讀。二維條碼是在水平和垂直方向的二維空間存儲信息的條碼。這種條碼可以用來表示數(shù)據(jù)文件(包括漢字文件、圖像等)。其雖保密性好，但成本高[4]。從企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際要求和降低成本考慮，本系統(tǒng)選用一維條碼。

一個完整的一維條碼由兩側(cè)空白區(qū)、起始字符、數(shù)據(jù)字符、校驗(yàn)字符(可選)、終止字符及供人識讀的字符組成。不同類型的條碼，有不同的碼制和編碼方法。條碼編碼方法有2種:①寬度調(diào)節(jié)法，例如39 碼、庫德巴條碼和交叉 25 碼；②模塊組配法，例如通用商品條碼(EAU 碼和 UPC碼)、93 碼、EAN128 碼[5]。本系統(tǒng)采用EAN128 碼。

2.2 入庫管理

生產(chǎn)原料進(jìn)廠后，必須對原料進(jìn)行入庫操作。根據(jù)原料的入庫時間、種類、批次，對原料進(jìn)行編碼設(shè)置并粘貼標(biāo)簽；同時，將條碼信息上傳至計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行入庫處理，并更新庫存。

為了進(jìn)行質(zhì)量跟蹤，需要能根據(jù)條碼追查到具體原料。因此，每個原料的條碼必須唯一[6]。條碼共12位。條碼標(biāo)簽顯示的信息包括：生產(chǎn)日期、物料名稱、批次。條碼格式如圖2所示。

圖2 條碼格式圖

圖2中:第1～6 位為生產(chǎn)日期，例如2016年9月5日的編碼為160905；第7～10位為物料名稱，出于保密考慮，廠方將幾十種生產(chǎn)原料名稱用字符表示，物料名稱不滿4個字符，則第10位用空格代替；例如E888、A09、H15等；第11～12 位為原料批次，從01開始，用來區(qū)分1天內(nèi)購進(jìn)的同種原料。該編碼方式既保證了條碼的唯一性,又具有一定的靈活性。

2.3 出庫管理

領(lǐng)用物料時，首先在上位機(jī)中查看所有庫存物料的余量、條碼和最近使用時間等信息。然后，查找每種物料的最優(yōu)條碼，并且將查詢到的最優(yōu)條碼信息發(fā)送至生產(chǎn)現(xiàn)場，以便加料生產(chǎn)時判別。最后，工人根據(jù)最優(yōu)條碼到倉庫領(lǐng)取物料。工人領(lǐng)料時，必須用條碼讀碼器掃描物料上的條碼，以進(jìn)一步確認(rèn)領(lǐng)取的物料是否正確。如果領(lǐng)取物料條碼與最優(yōu)條碼不一致，則出現(xiàn)報(bào)警提示。工人領(lǐng)取物料的信息會上傳至計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)并存入數(shù)據(jù)庫中，以便管理員查詢。在出庫管理中，還具有手動清除現(xiàn)場最優(yōu)條碼信息和實(shí)時顯示現(xiàn)場工作狀態(tài)的功能。

2.4 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊主要功能如下。

①權(quán)限管理：實(shí)現(xiàn)按角色分配用戶名，并按業(yè)務(wù)分配用戶權(quán)限。

②密碼管理：為所有用戶設(shè)置初始密碼。

③條碼管理：當(dāng)某種物料用盡后，系統(tǒng)會自動刪除該物料的對應(yīng)條碼，并自動更新該類型物料的最優(yōu)條碼號。系統(tǒng)管理員也可根據(jù)實(shí)際情況手動刪除條碼信息。

2.5 數(shù)據(jù)庫管理

任何物料都有唯一的條碼標(biāo)簽，其入庫、出庫以及每次加料的信息均存儲在上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫中。通過管理軟件，管理員可按條件(如條碼、物料名稱、操作時間、操作人員)查詢物料；可方便地查看某物料從進(jìn)貨入庫到領(lǐng)料出庫，以及使用消耗的完整過程；還可查看該物料當(dāng)前余量。

SQL訪問管理器用來建立數(shù)據(jù)庫列和組態(tài)王變量之間的聯(lián)系[7]，包括建立表格模板和記錄體這2部分功能[8]。通過表格模板，可在數(shù)據(jù)庫表中建立表格；通過記錄體，可建立數(shù)據(jù)庫表格列和組態(tài)王之間的聯(lián)系，允許組態(tài)王通過記錄體直接操縱數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

①創(chuàng)建ACCESS數(shù)據(jù)庫。

本系統(tǒng)具有以下功能：選擇最優(yōu)條碼、查看物料余量和查詢加料記錄。首先，創(chuàng)建名為“mydata.accdb”的空數(shù)據(jù)庫，并在“mydata.accdb”中建立3張表：tableone、tabletwo、tablethree。

②建立ODBC數(shù)據(jù)源。

在“控制面板”中打開 ODBC 數(shù)據(jù)源管理器，選擇“用戶DSN”選項(xiàng)卡，設(shè)置數(shù)據(jù)源名為“mine”，選擇數(shù)據(jù)庫“mydata.accdb”，即可完成數(shù)據(jù)源配置。

③創(chuàng)建表格模板和記錄體

在組態(tài)王工程瀏覽器中分別創(chuàng)建名為“tableone”、 “tabletwo” 、 “tablethree”的表格模板和名為“bind1”、 “bind2”、 “bind3”、 “bind11”、 “bind21”、 “bind22”的記錄體。

表格模板和記錄體對應(yīng)表如表1所示。其中，“bind11”用于實(shí)時更新物料余量；“bind22”用于記錄物料使用過程；“bind3”用于查詢最優(yōu)條碼。

表1 表格模板和記錄體對應(yīng)表

3 觸摸屏的軟件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)觸摸屏的型號是威綸通MT6103ip。其監(jiān)控界面采用EasyBuilder Pro軟件設(shè)計(jì)。該軟件是一款功能強(qiáng)大且操作簡單的人機(jī)界面設(shè)計(jì)軟件，可以開發(fā)操作界面。觸摸屏界面主要由開機(jī)界面、歷史數(shù)據(jù)查詢界面、系統(tǒng)管理界面和加料控制界面組成。各個界面相互之間都有畫面切換按鍵[9]。觸摸屏軟件流程如圖3所示。

圖3 觸摸屏軟件流程圖

①開機(jī)界面。

操作工人根據(jù)自己的工號和密碼進(jìn)入開機(jī)界面。

②歷史數(shù)據(jù)查詢界面。

管理員可查詢每天工人加料生產(chǎn)的完整過程。

③系統(tǒng)管理界面。

管理員可以修改用戶名和密碼，修正系統(tǒng)時間、管道殘液，啟停報(bào)警畫面。

④加料控制界面。

在選擇所加物料類型后，即可進(jìn)入加料控制界面。該界面可自動顯示當(dāng)前物料名稱、最優(yōu)條碼和當(dāng)前質(zhì)量。在觸摸屏的軟件設(shè)計(jì)中，需要通過宏指令實(shí)現(xiàn)加料條碼與最優(yōu)條碼的比對。當(dāng)工人進(jìn)行加料操作時，首先必須用無線掃描槍讀取物料條碼信息。如果該物料條碼與最優(yōu)條碼不同，則觸摸屏上會出現(xiàn)報(bào)警窗口，并遮擋住“加料啟動”按鈕，從而禁止加料生產(chǎn)。如果條碼相符，則可設(shè)定加料量和選擇電磁閥。最后，點(diǎn)擊“加料啟動”按鈕，即可自動控制加料。由此可見，通過條碼比對，可避免工人的不合理操作。

4 結(jié)束語

從企業(yè)實(shí)際需求出發(fā)，在綜合條碼、組態(tài)王、PLC與觸摸屏技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了基于條碼技術(shù)的配料生產(chǎn)控制及倉儲管理系統(tǒng)。通過組態(tài)王軟件，開發(fā)了倉儲管理系統(tǒng)；利用條碼技術(shù)，可自動選擇最優(yōu)先使用的物料；采用PLC和觸摸屏，實(shí)現(xiàn)了加料的自動精確控制。該系統(tǒng)降低了手工錄入的失誤率，實(shí)現(xiàn)了倉庫管理和出入庫作業(yè)的自動化，為原料溯源提供了保障，也可防止工人在生產(chǎn)現(xiàn)場誤操作，提高了生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)具有較好的應(yīng)用前景和較高的推廣價值。

[1] 趙興森，文生平，徐永謙.基于PLC的自動配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2013，21(4):962-964.

[2] 郭達(dá)永，陳喆，呂希勝.倉儲條碼管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化,2012,34(7):52-54.

[3] 劉其洪，郭建.基于觸摸屏與PLC的腳輪支架沖壓自動線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2014(11):82-84.

[4] 孟靜.基于條碼的企業(yè)倉儲和物流管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南：山東大學(xué),2007.

[5] 劉延霞，陸倩，任子暉.基于組態(tài)王和 PLC 的貨物自動識別系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2013(6):55-58.

[6] 李穎，邱冠雄，萬振凱.基于條碼技術(shù)的織廠倉儲管理系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2011，27(2):31-32，140.

[7] 王華強(qiáng)，李展.聚氨酯樹脂反應(yīng)釜信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].自動化儀表，2017，38(5):41-44.

[8] 張艷麗，潘越，曹杰.組態(tài)王數(shù)據(jù)庫技術(shù)在煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電,2014(6):81-83.

[9] 張勇，吳愛國，張潔.基于組態(tài)軟件和PLC的潤滑油生產(chǎn)控制系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2015(9):70-72.

DesignoftheIngredientsProductionControlandWarehouseManagementSystem

CHEN Gang,YANG Huizhong

(Key Laboratory of Advanced Process Control for Light Industry,Ministry of Education,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

In view of the problems existing in the management of raw materials and ingredients control in certain viscose production enterprise,and based on the characteristics of the integrated technique including bar code,Kingview,PLC and touch screen,an ingredients control and warehouse management system based on bar code technology is designed.Through the warehousing management,report generation management and other functional modules,the integrated management of the warehouse is achieved.By adopting the bar code technology,the most preferred used materials are selected automatically,the information storage of the feeding job management is achieved,and the whole process of each material from purcasing raw material to being consumed can be traced.The automatic control of the feeding process in the production is realized by the system，and the usage of raw materials can also be updated synchronously.This is meaningful for enterprises to improve the quality and efficiency of warehousing management,reduce the cost of inventory and achieve precise control of ingredients to enhance the competitiveness of enterprises.Test results show that this system is reliable and flexible in operation and meet the process requirements，which has a good applicable prospect.

Ingredient production control; Warehouse management; Bar code technology; Touch screen; Kingview; Database; PLC

修改稿收到日期:2017-09-05

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61773181)、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(JUSRP51733B)

陳剛(1972—)，男，碩士，工程師，主要從事過程控制與檢測技術(shù)的研究，E-mail：cg_jndx@163.com

TH39;TP273

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201712002