基于PLC的智能分揀裝置條形碼控制系統設計*

章 鴻，熊征偉，李 維

(四川信息職業技術學院，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”的轉變逐漸加快。自動化、智能化、無人化的分揀裝置在郵電、物流、食品、化工等行業應用也變得非常廣泛。其中運用條形碼進行分揀的技術運用成為了最穩定和高效的方式，是當前較為經濟、實用的一種自動識別技術[1]。在掃描技術的基礎上，通過PLC來搭建控制系統，會使得分揀功能更強大、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計，通過分析物品條形碼的組成，利用PLC控制整個系統，進行了分揀流程及程序設計，選配了合理的硬件系統，按控制系統設計要求進行裝配與調試，通過多次實驗調試均能達到控制要求。實現了產品準確、快速分的分揀功能，為貨物識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計

智能分揀機的結構與功能設計如圖1所示，通過掃碼器獲取物品上的條形碼信息，然后傳輸到PLC進行編譯和組合，并通過運行PLC預設程序的比較進行分區信號輸出到氣缸繼電器，從而驅動相應推料氣缸完成物品分揀[2]。

圖1 智能分揀機結構圖

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，需根據廠商自定代碼，將分類代碼9～12位的4位用來設置物品的分區類別。在掃描器掃到此條形碼的數值后，PLC程序可將對9～12位中的數值與程序設定的分區數值對比，如果對比成功則被分揀相應的分區，否則被傳送帶運到未分區處。

圖2 EAN-13 條碼符號結構圖

3 智能分揀裝置掃描分揀工作原理

自動智能分揀裝置主要利用PLC控制整個終端，首先需要設置PLC與掃碼器的通信格式[3]，當采集到條形碼信息時，通過線纜傳輸到 PLC通信口，PLC用兩個緩沖區將這些條形碼暫時存儲起來，每次傳輸完成標準繼電器置位后，才能進行下次條形碼掃描[4]。PLC的兩個緩沖區會輪流地存儲每次新讀入的條形碼，然后由PLC對條形碼信息進行編譯、排列組合、對比設定分區數值后輸出M控制信號[5]，以實現條形碼采集、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計

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

打開啟動開關后，傳送帶開始工作，放在傳送帶的物體通過掃碼器時，掃碼品就會獲取到條形碼信號后輸出到PLC中，PLC對輸入的條形碼信號進行讀取、翻譯和排列組合[7]，再將物品整個條形數值輸出到操作和顯示的觸摸屏上。同時PLC程序將編譯后的條形碼數值與程序中設定的分區數值進行對比，根據對比結果作為控制氣缸動作的前提條件。當物體到達符合PLC輸出條件的位置感應器，感應器會輸出信號到PLC，PLC通過程序發出指令到相應的氣缸，氣缸推出物料到出料口[8]。氣缸推料后延時縮回，等待PLC下一次輸出信號，從而實現物品的分區。

4.2 智能分揀裝置通訊設置

4.2.1 通訊協議

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

圖4 通訊參數設置

4.2.2 數據發收準備設定

因智能分揀裝置的PLC與掃碼器之間連接采用無協議通信，通訊時需要使用RS指令。RS指令中K0表示不發送數據，K13表示接收13位數據，接收到數據存儲到D10中，再用BMOV快傳指令將后將數據從D10系統存儲區轉移到D100用戶使用存儲區，然后將M8123復位等待下次數據接收，如圖5所示。

圖5 數據發收準備

4.3 智能分揀裝置程序設計

4.3.1 掃碼程序的設計

程序RS指令將PLC接收到條形碼數據存儲到D10中，再用BMOV快傳指令將后將數據從D10系統存儲區轉移到D100用戶使用存儲區，然后將M8123復位等待下次數據接收，如圖6所示。

圖6 掃碼程序

4.3.2 譯碼程序的設計

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

圖7 譯碼程序

4.3.3 排碼程序的設計

通過二進制的乘法與加法，將掃描到的數字進行排列組合。MUL為乘法指令，將D200-D203中的數分別乘以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。掃到的條碼經過轉換、乘以倍數、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 條碼對比程序的設計

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

圖9 條碼對比程序

4.3.5 氣缸驅動程序的設計

當被要求分區物體到達相應位置傳感器時，如果滿足PLC輸出條件，則PLC發出控制相應氣缸的Y信號，控制氣缸繼電器接收到信號即刻改變電磁換向閥通電狀態，氣缸開始動作，即推出物料到出料口。氣缸推料后延時縮回，等待PLC下一次輸出信號，從而實現物品的分區，如圖10所示。

圖10 氣缸驅動程序

5 智能分揀裝置PLC硬件設計

5.1 分配控制系統輸入輸出點

通過對系統硬件電路的設計和分析，確定了本系統需要9個I口和6個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

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

圖11 PLC接線圖

6 條形碼控制系統實驗結果

按控制系統設計要求進行組裝，通過多次實驗調試均能達到控制要求。同時，為了能清晰地實時控制監測，采用三菱PLC編程軟件GX-Works2設計智能分揀傳送帶控制臺從而實現此功能。如圖12所示。

圖12 觸摸屏控制監測圖

當智能分揀系統通電后，按下啟動按鈕SB1，系統隨即工作，物體被運送到掃碼器位置，停留2 s后完成掃描信息后傳送帶繼續運轉。當物體到達相應的分揀位置傳感器時，感應器會輸出信號到PLC，PLC通過程序發出指令到相應的氣缸，氣缸推出物料到出料口。氣缸推料后延時縮回，等待PLC下一次輸出信號，從而實現物品的分區，實驗結果如表2所列。實驗表明通過掃碼器對物體的實時掃描能更加方便有效地實現物品的分揀，并具有高速、快捷、高效、穩定等優點。

表2 實驗結果

7 結 語

通過掃描器對條形碼的識別和讀取，再由PLC對條形碼進行的編譯、排列組合、對比輸出以及氣缸控制的整個流程，從而實現了智能分揀裝置的條形碼掃描分揀功能。根據智能分揀裝置對掃描分揀的實驗模擬，驗證了該方法的可行性和可靠性。不僅是滿足了PLC對條形碼的識別和輸出的要求，而且還為實際智能制造傳送裝置的選擇和設計提供依據和借鑒。