基于PLC與觸摸屏的條碼測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

江文藝，李 娟

（陽(yáng)江喜之郎果凍制造有限公司，廣東陽(yáng)江 529900）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)各種食品的需求越來(lái)越大，對(duì)食品品質(zhì)和包裝的要求也越來(lái)越高，食品生產(chǎn)企業(yè)迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇，各種食品也從散裝稱(chēng)重到增加有產(chǎn)品精美圖案的二次包裝袋，但近年來(lái)社會(huì)用工的缺口非常大，人工生產(chǎn)成本越來(lái)越高，原來(lái)工廠里的人工流水線作業(yè)模式遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，為提高生產(chǎn)效率和降低人工生產(chǎn)成本，很多企業(yè)將改用包裝膜代替包裝袋，使用多頭秤[1]與食品包裝設(shè)備[2]對(duì)食品進(jìn)行二次自動(dòng)包裝，但生產(chǎn)所需的包裝膜圖案與條碼還是依靠人工檢查確認(rèn)，因相鄰包裝設(shè)備存在生產(chǎn)不同品種情況，同一臺(tái)設(shè)備也會(huì)轉(zhuǎn)換品種生產(chǎn)，且很多品種的包裝膜圖案相似，再加上包裝膜上的產(chǎn)品條碼字體小，人工進(jìn)行檢查對(duì)比所需時(shí)間長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間用眼時(shí)容易疲勞，容易會(huì)發(fā)生用錯(cuò)包裝膜的情況。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)所知，運(yùn)用歐姆龍V500-R2 系列的固定式激光型條形碼讀碼器[3]，通過(guò)用戶手冊(cè)指定的菜單命令在條形碼掃描器內(nèi)注冊(cè)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)編號(hào)，連接信號(hào)輸出線至PLC 輸入點(diǎn)，通過(guò)條形碼掃描器的開(kāi)關(guān)量信號(hào)來(lái)判定說(shuō)明書(shū)是否放置完畢[4]。該條形碼讀碼器最多可注冊(cè)5種編碼，但注冊(cè)多種編碼時(shí)，不能選擇或指定與某一種編碼進(jìn)行對(duì)比控制。針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出了基于PLC 與觸摸屏的條碼測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為條碼測(cè)控提供新的參考思路。

1 設(shè)計(jì)原理

包裝膜印刷有對(duì)應(yīng)品種的彩色圖案和產(chǎn)品條碼，且產(chǎn)品條碼具有唯一性，可以考慮對(duì)包裝膜的彩色圖案或產(chǎn)品條碼檢測(cè)進(jìn)行防錯(cuò)控制，一種是使用視覺(jué)系統(tǒng)[5]先對(duì)包裝膜的圖案或產(chǎn)品條碼進(jìn)行拍照存起來(lái)，生產(chǎn)時(shí)通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)使用的包裝膜進(jìn)行圖案或產(chǎn)品條碼對(duì)比，當(dāng)不一致時(shí)輸出信號(hào)到PLC 進(jìn)行相關(guān)的控制；另一種是使用條碼掃描器先將產(chǎn)品的條碼數(shù)值掃描存入PLC 中，生產(chǎn)時(shí)通過(guò)條碼掃描器對(duì)要使用的包裝膜產(chǎn)品條碼進(jìn)行掃描讀入PLC，與之前已存入PLC 的條碼數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)結(jié)果不一致時(shí)進(jìn)行相關(guān)的控制。視覺(jué)系統(tǒng)與條碼掃描器的兩種控制方案中，條碼掃描器比視覺(jué)系統(tǒng)的價(jià)格要便宜很多，使用條碼掃描器進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，后期對(duì)操作與維護(hù)人員的知識(shí)技能要求較低，因此確定選用條碼掃描器的控制方案。

2 硬件設(shè)計(jì)

設(shè)備原有控制系統(tǒng)的硬件中，觸摸屏為威綸通MT6071iP，PLC 為三菱FX3U-32MT，MT6071iP 的COM2與FX3U-32MT 的8P 圓形母口連接進(jìn)行通信，觸摸屏上剩余可使用與外部設(shè)備連接的有COM1（RS232[6]）和1個(gè)USB2.0 接口，這兩個(gè)接口都可以支持連接條碼掃描器。

市面上的條形碼掃描器品牌眾多，但作為生產(chǎn)企業(yè)的食品包裝膜條碼讀取，需要條形碼掃描器工作穩(wěn)定可靠，霍尼韋爾1910i 工業(yè)用條碼掃描器是專(zhuān)為需要高性能掃描作業(yè)并且高度重視耐用性的應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)，具有卓越的低劣和破損條碼掃描性能，能輕易掃描遠(yuǎn)距離的條碼，支持USB、鍵盤(pán)口、RS232 接口連接方式，由于觸摸屏的COM1和COM2實(shí)際為同一個(gè)9針D 型公座的不同引腳，COM2 已與PLC 通信使用，本系統(tǒng)選用USB接口連接線的霍尼韋爾1910i條碼掃描器。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 觸摸屏參數(shù)設(shè)置

用觸摸屏編程軟件EasyBuilder Pro[7]打開(kāi)原觸摸屏程序的系統(tǒng)參數(shù)，在系統(tǒng)參數(shù)中新增本機(jī)設(shè)備Barcode Scanner∕Keyboard，選擇設(shè)備的接口類(lèi)型為USB，點(diǎn)擊設(shè)置進(jìn)入選擇條形碼掃描儀，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)置超時(shí)0.2 s、可讀取的字節(jié)數(shù)目為13、對(duì)起始碼和檢查結(jié)束碼的選項(xiàng)均選擇不檢查，同時(shí)在資料傳輸中選擇背景傳輸，新增定時(shí)式背景傳輸，選擇地址模式為Word、字?jǐn)?shù)量為7、間隔為0.2 s，選擇來(lái)源設(shè)備為Barcode Scanner∕Keyboard、來(lái)源地址為BARCODE0，選擇目標(biāo)設(shè)備Mitsubishi FX3u∕FX3G、目標(biāo)地址為D1800，對(duì)觸摸屏完成以上設(shè)置后，將條碼掃描器的USB 線插入到觸摸屏的USB 接口[8]中，這樣當(dāng)條碼掃描器每次讀取到條碼數(shù)值時(shí)，條碼數(shù)值就會(huì)定時(shí)傳送到PLC 的D1800 至D1806 數(shù)據(jù)寄存器中。

3.2 觸摸屏畫(huà)面設(shè)計(jì)

利用EasyBuilder Pro 對(duì)觸摸屏的條碼測(cè)控管理畫(huà)面進(jìn)行設(shè)計(jì)，觸摸屏畫(huà)面的右上側(cè)設(shè)置有掃碼讀出顯示、存放序號(hào)輸入、確定存入按鈕，左側(cè)為保存對(duì)應(yīng)序號(hào)和品種名稱(chēng)的條碼數(shù)值，右下側(cè)有生產(chǎn)條碼選取的選序序號(hào)輸入、確定生產(chǎn)按鈕、選取生產(chǎn)的品種名稱(chēng)和產(chǎn)品條碼顯示，并對(duì)存放序號(hào)輸入、確定存入按鈕、選序序號(hào)輸入、確定生產(chǎn)按鈕設(shè)置了操作權(quán)限[9]密碼，防止非本包裝設(shè)備的管理人員非法操控。條碼測(cè)控管理畫(huà)面如圖1所示。

圖1 條碼測(cè)控管理畫(huà)面

3.3 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC 的程序設(shè)計(jì)采用梯形圖語(yǔ)言[10]進(jìn)行編程，編程軟件采用三菱的GX Works2，PLC 的主要控制包括條碼的錄入保存、條碼的選取生產(chǎn)、條碼的對(duì)比測(cè)控等部分，為防止設(shè)備斷電時(shí)，操作人員更換包裝膜進(jìn)行相關(guān)的操作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了上電后自動(dòng)對(duì)掃碼讀出的條碼數(shù)值和選取生產(chǎn)的條碼數(shù)值進(jìn)行初始化清零。條碼測(cè)控PLC 程序如圖2所示。

圖2 條碼測(cè)控PLC程序

4 測(cè)試驗(yàn)證與結(jié)果分析

結(jié)合觸摸屏的條碼測(cè)控管理畫(huà)面和條碼測(cè)控PLC 程序，下面進(jìn)一步介紹測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，PLC 程序與觸摸屏畫(huà)面設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)9 種產(chǎn)品條碼的錄入，其中D1710 至D1716 為存放當(dāng)前需生產(chǎn)的品種條碼寄存器地址，D1800 至D1806 為存放條形碼掃描器讀出條碼的數(shù)據(jù)寄存器地址，M81 為觸摸屏確定存入按鈕的位元件，D180 為觸摸屏輸入存放序號(hào)的數(shù)值元件，D1810 至D1816 為存放序號(hào)1 的條碼數(shù)值寄存器地址，D1820 至D1826 為存放序號(hào)2 的條碼數(shù)值寄存器地址，如此類(lèi)推；M71 為觸摸屏生產(chǎn)確認(rèn)按鈕的位元件，D170 為觸摸屏輸入選取序號(hào)的數(shù)值元件，D171為觸摸屏顯示品種名稱(chēng)的多狀態(tài)指示燈，其中D171=0時(shí)顯示“未選取與確認(rèn)生產(chǎn)條碼”，D171=1 時(shí)顯示“450 克枇杷小袋”品種名稱(chēng)，D171=2時(shí)顯示“630克枇杷中袋”品種名稱(chēng)，D171=3時(shí)顯示“882克枇杷大袋”品種名稱(chēng)，D171=4時(shí)顯示“450克杏子小袋”品種名稱(chēng)，D171=5 時(shí)顯示“630 克杏子中袋”品種名稱(chēng)，D171=6 時(shí)顯示“882 克杏子大袋”品種名稱(chēng)，D171=7 時(shí)顯示“450 克芒果小袋”品種名稱(chēng)，D171=8時(shí)顯示“630克芒果中袋”品種名稱(chēng)，D171=9時(shí)顯示“882克芒果大袋”品種名稱(chēng)。

條碼錄入保存：每當(dāng)用條形碼掃描器掃入條形碼時(shí)，D1800 至D1806 數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)值就會(huì)更新，如在存放序號(hào)的D180 輸入數(shù)值1 時(shí)，當(dāng)按下觸摸屏上的確定存入按鈕，M81 為ON 將D1800 至D1806 的條碼數(shù)值傳送到D1810 至D1816 中存放；在存放序號(hào)的D180 輸入數(shù)值2時(shí)，當(dāng)按下觸摸屏上的確定存入按鈕，M81 為ON 將D1800 至D1806 的條碼數(shù)值傳送到D1820 至D1826 中存放，如此操作可完成條碼庫(kù)其他序號(hào)條碼的存放；為防止錄入一次條形碼數(shù)值后忘記更改存放序號(hào)，在該程序的末端將K0 傳送給D180，這樣每次錄入一次條形碼數(shù)值后，存放序號(hào)就自動(dòng)變?yōu)?，避免再次錄入的另一品種條形碼將之前的條形碼數(shù)值誤覆蓋。

條碼選取生產(chǎn)：如要選取序號(hào)1 的條碼生產(chǎn)，則在D170 輸入數(shù)值1，按下觸摸屏上的生產(chǎn)確認(rèn)按鈕，M71為ON 將D1810 至D1816 的條碼數(shù)值傳送到從D1710 至D1716 中存放，D171 數(shù)據(jù)寄存器的值更新為1；如要選取序號(hào)2 的條碼生產(chǎn)，則在D170 輸入數(shù)值2，按下觸摸屏上的生產(chǎn)確認(rèn)按鈕，M71為ON 將D1820至D1826的條碼數(shù)值傳送到從D1710 至D1716 中存放，D171 數(shù)據(jù)寄存器的值更新為2；隨輸入序號(hào)數(shù)值變化與生產(chǎn)確認(rèn)，觸摸屏上會(huì)顯示與輸入序號(hào)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)條碼數(shù)值和生產(chǎn)品種名稱(chēng)。

條碼對(duì)比測(cè)控：設(shè)備剛上電時(shí)利用M8002 對(duì)D1710至D1716 和D1800 至D1806 進(jìn)行復(fù)位清零，第一個(gè)BKCMP=[11]數(shù)據(jù)塊比較指令用K0 與D1710 至D1716 數(shù)據(jù)寄存器的值一一進(jìn)行相等比較，如果沒(méi)有輸入選取序號(hào)，則由于D1710 至D1716 已被復(fù)位清零，塊比較信號(hào)M8090為ON，位元件S13 為ON，設(shè)備不能啟動(dòng)運(yùn)行，觸摸屏提示“未選取與確認(rèn)生產(chǎn)條碼”；第二個(gè)BKCMP=數(shù)據(jù)塊比較指令用K0 與D1800 至D1806 的數(shù)據(jù)寄存器值一一進(jìn)行相等比較，如果沒(méi)有使用條碼掃描器掃描要生產(chǎn)使用的包裝膜條碼，則由于D1800 至D1806 已被復(fù)位清零，塊比較信號(hào)M8090 為ON，位元件S10 為ON，設(shè)備不能啟動(dòng)運(yùn)行，觸摸屏上提示“請(qǐng)掃碼開(kāi)機(jī)”；當(dāng)使用條碼掃描器掃描了要生產(chǎn)使用的包裝膜條碼后，條碼數(shù)值讀入存放到D1800 至D1806 數(shù)據(jù)寄存器中，該指令的塊比較信號(hào)M8090 為OFF，位元件S10 為OFF，此時(shí)執(zhí)行掃碼對(duì)比控制程序的第三個(gè)BKCMP=數(shù)據(jù)塊比較指令，用D1710 至D1716 與D1800 至D1806 數(shù)據(jù)寄存器的值一一進(jìn)行相等比較，由于選取的生產(chǎn)品種條碼與要使用的包裝膜條碼數(shù)值一致，該指令的塊比較信號(hào)M8090 為ON，位元件S11 為ON，觸摸屏提示“掃碼正確”，此時(shí)按下設(shè)備的啟動(dòng)按鈕，設(shè)備就可以正常啟動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)。

設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，如果掃描到與生產(chǎn)條碼不同的條碼數(shù)值，設(shè)備會(huì)立即停機(jī)；如果檢測(cè)到用完了包裝膜，設(shè)備會(huì)自動(dòng)停機(jī)并對(duì)之前掃入的生產(chǎn)條碼數(shù)值進(jìn)行清零，待操作人員安裝新的包裝膜，對(duì)包裝膜條碼重新進(jìn)行掃描，掃入的條碼數(shù)值與選取生產(chǎn)的條碼數(shù)值經(jīng)過(guò)對(duì)比一致時(shí)才又能進(jìn)行生產(chǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

為解決人工對(duì)比包裝膜條碼用時(shí)過(guò)長(zhǎng)、長(zhǎng)時(shí)間用眼容易疲勞、轉(zhuǎn)換品種生產(chǎn)時(shí)容易用錯(cuò)包裝膜等問(wèn)題，本文采用條形碼掃描器、觸摸屏、PLC 等控制設(shè)備，設(shè)計(jì)了一套基于PLC 和觸摸屏的條碼測(cè)控系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)功能測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了包裝膜條碼的錄入保存、品種條碼的選取生產(chǎn)、條碼的自動(dòng)檢測(cè)對(duì)比等控制，通過(guò)調(diào)試后使用驗(yàn)證，對(duì)條碼檢測(cè)掃入和對(duì)比控制反應(yīng)時(shí)間小于1 s，在沒(méi)有選取生產(chǎn)條碼與掃碼對(duì)比錯(cuò)誤時(shí)設(shè)備不能進(jìn)行啟動(dòng)，在生產(chǎn)過(guò)程中掃描到與選取的生產(chǎn)條碼數(shù)值不一致時(shí)會(huì)立即停止設(shè)備。實(shí)踐證明，基于PLC 和觸摸屏的條碼測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單，用來(lái)取代傳統(tǒng)的人工對(duì)比條碼，起到了很好的防錯(cuò)控制，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，具有實(shí)際應(yīng)用參考價(jià)值。