基于PLC的智能分揀裝置條形碼控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

章 鴻，熊征偉，李 維

(四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 廣元 628040)

0 引 言

隨著中國智造2025的提出，由“中國制造”到“中國智造”的轉(zhuǎn)變逐漸加快。自動(dòng)化、智能化、無人化的分揀裝置在郵電、物流、食品、化工等行業(yè)應(yīng)用也變得非常廣泛。其中運(yùn)用條形碼進(jìn)行分揀的技術(shù)運(yùn)用成為了最穩(wěn)定和高效的方式，是當(dāng)前較為經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)[1]。在掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過PLC來搭建控制系統(tǒng)，會(huì)使得分揀功能更強(qiáng)大、可靠性更高，使用方便。

筆者通過對智能分揀裝置掃描功能設(shè)計(jì)，通過分析物品條形碼的組成，利用PLC控制整個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)行了分揀流程及程序設(shè)計(jì)，選配了合理的硬件系統(tǒng)，按控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行裝配與調(diào)試，通過多次實(shí)驗(yàn)調(diào)試均能達(dá)到控制要求。實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品準(zhǔn)確、快速分的分揀功能，為貨物識(shí)別與分揀提供了一條有效的途徑。

1 智能分揀裝置掃描功能設(shè)計(jì)

智能分揀機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)如圖1所示，通過掃碼器獲取物品上的條形碼信息，然后傳輸?shù)絇LC進(jìn)行編譯和組合，并通過運(yùn)行PLC預(yù)設(shè)程序的比較進(jìn)行分區(qū)信號(hào)輸出到氣缸繼電器，從而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)推料氣缸完成物品分揀[2]。

圖1 智能分揀機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 物品條形碼的組成

條形碼的組成與各部分的含義如圖2所示，在本智能分揀裝置中，需根據(jù)廠商自定代碼，將分類代碼9～12位的4位用來設(shè)置物品的分區(qū)類別。在掃描器掃到此條形碼的數(shù)值后，PLC程序可將對9～12位中的數(shù)值與程序設(shè)定的分區(qū)數(shù)值對比，如果對比成功則被分揀相應(yīng)的分區(qū)，否則被傳送帶運(yùn)到未分區(qū)處。

圖2 EAN-13 條碼符號(hào)結(jié)構(gòu)圖

3 智能分揀裝置掃描分揀工作原理

自動(dòng)智能分揀裝置主要利用PLC控制整個(gè)終端，首先需要設(shè)置PLC與掃碼器的通信格式[3]，當(dāng)采集到條形碼信息時(shí)，通過線纜傳輸?shù)?PLC通信口，PLC用兩個(gè)緩沖區(qū)將這些條形碼暫時(shí)存儲(chǔ)起來，每次傳輸完成標(biāo)準(zhǔn)繼電器置位后，才能進(jìn)行下次條形碼掃描[4]。PLC的兩個(gè)緩沖區(qū)會(huì)輪流地存儲(chǔ)每次新讀入的條形碼，然后由PLC對條形碼信息進(jìn)行編譯、排列組合、對比設(shè)定分區(qū)數(shù)值后輸出M控制信號(hào)[5]，以實(shí)現(xiàn)條形碼采集、編譯和控制的全過程[6]。

4 智能分揀裝置的分揀流程及程序設(shè)計(jì)

4.1 智能分揀裝置的分揀流程

掃碼分揀流程如圖3所示。

圖3 掃碼分揀流程圖

打開啟動(dòng)開關(guān)后，傳送帶開始工作，放在傳送帶的物體通過掃碼器時(shí)，掃碼品就會(huì)獲取到條形碼信號(hào)后輸出到PLC中，PLC對輸入的條形碼信號(hào)進(jìn)行讀取、翻譯和排列組合[7]，再將物品整個(gè)條形數(shù)值輸出到操作和顯示的觸摸屏上。同時(shí)PLC程序?qū)⒕幾g后的條形碼數(shù)值與程序中設(shè)定的分區(qū)數(shù)值進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果作為控制氣缸動(dòng)作的前提條件。當(dāng)物體到達(dá)符合PLC輸出條件的位置感應(yīng)器，感應(yīng)器會(huì)輸出信號(hào)到PLC，PLC通過程序發(fā)出指令到相應(yīng)的氣缸，氣缸推出物料到出料口[8]。氣缸推料后延時(shí)縮回，等待PLC下一次輸出信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)物品的分區(qū)。

4.2 智能分揀裝置通訊設(shè)置

4.2.1 通訊協(xié)議

掃碼器在與PLC進(jìn)行通訊時(shí)必須要設(shè)定通訊協(xié)議。本智能分揀裝置選擇三菱PLC FX3U作為控制器，首先就要為無協(xié)議通信模式。因本條形碼掃描器接口為RS-232類型，通信協(xié)議完全由用戶由編輯的程序來控制。需要注意的是：當(dāng)PLC處于RUN模式時(shí)才可允許無協(xié)議通訊模式，當(dāng)PCL處于STOP模式時(shí)，無協(xié)議通訊通信口停止。在D8120中設(shè)置數(shù)值，要進(jìn)行數(shù)據(jù)長度、奇偶校驗(yàn)、波特率等的通信設(shè)定。PLC和掃碼器之間的通訊參數(shù)如下：8位數(shù)據(jù)位，偶校驗(yàn)，1位停止位，波特率2400，無幀頭無幀尾，無協(xié)議模式。則D8120=H0067(H表示16進(jìn)制)(0000 0000 0110 0011)如圖4所示。

圖4 通訊參數(shù)設(shè)置

4.2.2 數(shù)據(jù)發(fā)收準(zhǔn)備設(shè)定

因智能分揀裝置的PLC與掃碼器之間連接采用無協(xié)議通信，通訊時(shí)需要使用RS指令。RS指令中K0表示不發(fā)送數(shù)據(jù)，K13表示接收13位數(shù)據(jù)，接收到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到D10中，再用BMOV快傳指令將后將數(shù)據(jù)從D10系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)轉(zhuǎn)移到D100用戶使用存儲(chǔ)區(qū)，然后將M8123復(fù)位等待下次數(shù)據(jù)接收，如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)發(fā)收準(zhǔn)備

4.3 智能分揀裝置程序設(shè)計(jì)

4.3.1 掃碼程序的設(shè)計(jì)

程序RS指令將PLC接收到條形碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到D10中，再用BMOV快傳指令將后將數(shù)據(jù)從D10系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)轉(zhuǎn)移到D100用戶使用存儲(chǔ)區(qū)，然后將M8123復(fù)位等待下次數(shù)據(jù)接收，如圖6所示。

圖6 掃碼程序

4.3.2 譯碼程序的設(shè)計(jì)

HEX為ASCII轉(zhuǎn)換指令，即是將D108-D111低8位中的兩組ASCⅡ瑪轉(zhuǎn)換為一位十六進(jìn)制數(shù)，存放到D200-D203里面去完成條碼信號(hào)的翻譯，如圖7所示。

圖7 譯碼程序

4.3.3 排碼程序的設(shè)計(jì)

通過二進(jìn)制的乘法與加法，將掃描到的數(shù)字進(jìn)行排列組合。MUL為乘法指令，將D200-D203中的數(shù)分別乘以1、10、100、1000存放到D300-D303中。ADD為加法指令，將D300-303分別相加的和存放在D500中。掃到的條碼經(jīng)過轉(zhuǎn)換、乘以倍數(shù)、相加、就可以將條碼的前四位排列起來，如圖8所示。

圖8 排碼程序

4.3.4 條碼對比程序的設(shè)計(jì)

將排列好的數(shù)字與設(shè)定數(shù)字進(jìn)行對比輸出。CMP為比較指令，即D500中排列好了的條碼與用戶提前設(shè)好的K值(設(shè)置為分區(qū)號(hào))做比較。如果D500中數(shù)值>K，M100輸出為1；如果D500中數(shù)值=K1，則M101(一區(qū))輸出為1；如果D500中數(shù)值=K2，則M201(二區(qū))輸出為1,如圖9所示。

圖9 條碼對比程序

4.3.5 氣缸驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)

當(dāng)被要求分區(qū)物體到達(dá)相應(yīng)位置傳感器時(shí)，如果滿足PLC輸出條件，則PLC發(fā)出控制相應(yīng)氣缸的Y信號(hào)，控制氣缸繼電器接收到信號(hào)即刻改變電磁換向閥通電狀態(tài)，氣缸開始動(dòng)作，即推出物料到出料口。氣缸推料后延時(shí)縮回，等待PLC下一次輸出信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)物品的分區(qū)，如圖10所示。

圖10 氣缸驅(qū)動(dòng)程序

5 智能分揀裝置PLC硬件設(shè)計(jì)

5.1 分配控制系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)

通過對系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)和分析，確定了本系統(tǒng)需要9個(gè)I口和6個(gè)O口，具體的I/O地址分配表如表1所列。

表1 I/O 地址分配表

5.2 按PLC的I/O地址分配接線

綜合考慮系統(tǒng)的控制要求，選用 FX3U系列PLC。并結(jié)合PLC的 I/O地址分配圖，完成了系統(tǒng)的PLC硬件接線圖，如圖11所示。

圖11 PLC接線圖

6 條形碼控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行組裝，通過多次實(shí)驗(yàn)調(diào)試均能達(dá)到控制要求。同時(shí)，為了能清晰地實(shí)時(shí)控制監(jiān)測，采用三菱PLC編程軟件GX-Works2設(shè)計(jì)智能分揀傳送帶控制臺(tái)從而實(shí)現(xiàn)此功能。如圖12所示。

圖12 觸摸屏控制監(jiān)測圖

當(dāng)智能分揀系統(tǒng)通電后，按下啟動(dòng)按鈕SB1，系統(tǒng)隨即工作，物體被運(yùn)送到掃碼器位置，停留2 s后完成掃描信息后傳送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)物體到達(dá)相應(yīng)的分揀位置傳感器時(shí)，感應(yīng)器會(huì)輸出信號(hào)到PLC，PLC通過程序發(fā)出指令到相應(yīng)的氣缸，氣缸推出物料到出料口。氣缸推料后延時(shí)縮回，等待PLC下一次輸出信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)物品的分區(qū)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所列。實(shí)驗(yàn)表明通過掃碼器對物體的實(shí)時(shí)掃描能更加方便有效地實(shí)現(xiàn)物品的分揀，并具有高速、快捷、高效、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

7 結(jié) 語

通過掃描器對條形碼的識(shí)別和讀取，再由PLC對條形碼進(jìn)行的編譯、排列組合、對比輸出以及氣缸控制的整個(gè)流程，從而實(shí)現(xiàn)了智能分揀裝置的條形碼掃描分揀功能。根據(jù)智能分揀裝置對掃描分揀的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，驗(yàn)證了該方法的可行性和可靠性。不僅是滿足了PLC對條形碼的識(shí)別和輸出的要求，而且還為實(shí)際智能制造傳送裝置的選擇和設(shè)計(jì)提供依據(jù)和借鑒。