自動化流水線動態檢重監控系統設計

趙 林，徐世許，謝敬心，王京擘

（青島大學 自動化學院，青島 266071）

近年來工業自動化水平不斷發展和進步，促進了我國工業界智能監控系統的發展，目前很多小型工業應用中，并沒有采取智能計算機監控系統，導致信息傳輸效率較低，現場檢重復雜繁瑣[1]。充分考慮到產品的檢重精度高、人工強度大等問題，為了更好地滿足產品大批量檢重需求，進一步加強對產品檢重問題的監督與控制，研究并設計了自動化流水線動態檢重監控系統。該系統采用自動化檢重模式，通過輸送帶不間斷傳輸被檢產品，稱重儀表實時監測產品重量信息。所有經過輸送帶的產品觸發光電傳感器使其在下降沿動作與標準重量進行比對，其中超重、欠重產品在PLC 控制下被剔除，合格產品繼續向下運輸。為了便于用戶查詢產品信息、辨別真偽，本系統通過噴碼機在產品外包裝上進行噴碼，根據廠商的不同需求可進行數字碼、條形碼及二維碼的噴印。同時，上位機將所有產品的重量信息存入數據庫，通過數據庫標注生產日期、生產時間、產品編號等信息，方便用戶查詢、追溯。該流水線動態檢重監控系統集動態檢重、剔除、噴碼、數據查詢等為一體，保證了數據傳輸的準確性和高效性，進一步實現了對產品數據的精準管理。自動化流水線動態檢重監控系統已在工廠得到實際應用，一方面規范、簡化了生產線上產品重量檢測的工序，在一定程度上保障了企業生產效益；另一方面降低了人工勞動強度，為企業安全生產提供了保障。

1 硬件結構

在本監控系統中，包括PLC、上位機、稱重儀表、觸摸屏、步進電機、噴碼機等硬件設備。如圖1所示。中央控制器采用OMRON 公司的CP1L-EM40DT-D型PLC，PLC 帶有以太網通信接口和RS422/RS485串行接口，PLC 通過以太網與觸摸屏、上位機通信，通過RS485 串口與稱重儀表通信[2]。觸摸屏選用了威綸通公司型號為MT8102iP 的觸摸屏，該觸摸屏通信方便，穩定性高，運行速度快，提供了可視化操作界面，能夠方便直觀顯示產品稱重數據[3]。動態稱重是在物料運行處于非靜止狀態下進行的，比靜態稱重更為復雜，所以動態檢重系統應選擇專用的動態稱重儀表，這里選用梅特勒-托利多公司研發的IND560dyn 動態稱重儀表，該動態稱重儀表中已內置動態檢重算法，滿足動態檢重需求。噴碼機選擇了多米諾A200 壓電噴墨式噴碼機，多米諾A200 噴碼機結合了大面積噴印和高分辨率噴墨噴碼的優勢，可噴印圖形、文字和GS1-128 條形碼，能夠實現理想的標識質量。

圖1 系統硬件結構Fig.1 Hardware structure of system

2 總體設計

輸送帶由CP1L-EM40DT-D 型PLC 控制步進電機驅動輸送產品，當產品到達稱重區域時，IND560dyn動態稱重儀表實時顯示產品重量信息并將稱重數據傳給PLC。上位機通過以太網讀取PLC 存儲區里的重量數據，同時，上位機將所有數據信息存入數據庫。PLC 與觸摸屏連接，并根據觸摸屏上設定的標準重量對產品進行合格性判斷，其中合格品被輸送到噴碼單元等待噴碼，不合格的產品由PLC 進行剔除。上位機與噴碼機通過以太網通信進行連接，上位機將噴碼信息傳給噴碼機，多米諾A200 壓電噴墨式噴碼機負責對合格品進行噴碼，噴印內容包括生產日期、生產時間、產品編號。自動化流水線工作流程如圖2所示。

圖2 自動化流水線工作流程Fig.2 Workflow of automatic packaging assembly line

3 通訊設置

通訊設置包括上位機與PLC 基于FINS 通信、PLC 與稱重儀表基于Modbus-RTU 通信、觸摸屏與PLC 基于TCP/IP 通信。通過硬件之間的相互通信，能夠對數據信息進行有效管理。

3.1 上位機與PLC 基于FINS 通信設置

為實現FINS 通信功能，本文采用Visual Basic語言進行開發。Visual Basic 是一種功能強大、靈活性高的編程語言，其技術棧和運行時代碼庫旨在保持服務端的輕量級和靈活性。在實際稱重系統中，實現FINS 通信需在CX-P 編程軟件中對PLC 參數進行設置，設置上位機IP 地址為192.168.250.1，設置PLC地址為192.168.250.2，子網掩碼為255.255.255.0，端口號為9600。

3.2 PLC 與稱重儀表基于Modbus-RTU 通信設置

在PLC 中編寫Modbus-RTU 主站程序，設置串行通信模式為Modbus-RTU 簡易主站模式，控制通信參數，將串行通信模式設為串行網關模式。其中波特率設置為9600 b/s，數據位設為8 位，停止位設置為1 位，無奇偶校驗[4]。利用PLC 自帶的Modbus-RTU 簡易主站功能，使用Modbus-RTU 通信，讀取動態稱重儀表IND560 寄存器4001 和4002 中的數據。在PLC 中定義I1.00 變量為光電傳感器1，當產品到達檢重區域時，光電傳感器1 觸發下降沿信號，確定產品已到位。同時，稱重傳感器感受到重量信號變化并將其傳給稱重儀表，此時稱重儀表上顯示當前產品的重量信息，PLC 讀取稱重儀表的重量。PLC與稱重儀表基于Modbus-RTU 通信程序如圖3所示，從通道D32200 開始設置命令數據，將A641.00置為ON，啟動通信，從通道D32250 開始，觀察返回的響應數據[5]。

圖3 Modbus-RTU 通信程序Fig.3 Modbus-RTU communication program

3.3 觸摸屏與PLC 基于TCP/IP 通信設置

威綸通觸摸屏使用Ethernet（TCP/IP）與PLC 進行通信，需要在FINS/TCP 連接設置中設置目標IP地址為192.168.250.3。另外，在EasyBuilder Pro 軟件中添加PLC 設備CP1L-EM40DT-D，設置通信方式為OMRON Ethernet（TCP/IP），接口類型為以太網，IP 地址設為192.168.250.2，端口號為9600。

4 程序設計

4.1 噴碼流程設計

噴碼機初始化完成并與上位機建立連接后，接收上位機發送的噴碼字段信息，準備在產品上進行噴印。當產品到達噴印區域時，噴碼機啟動噴印，在產品表面噴印生產日期、生產時間和產品編號信息，若噴印沒有結束，則繼續循環以上過程，直到所有合格的產品都被噴印，整個過程結束。噴碼流程如圖4所示，打印好的成品如圖5所示。

圖4 系統噴碼流程Fig.4 Flow chart of system coding

圖5 成品Fig.5 Finished product

4.2 上位機監視界面設計

自動化流水線動態檢重監控系統需要對稱重數據進行保存，方便用戶查詢、追溯。上位機監視界面基于Visual Basic 編程實現，同時上位機與數據庫相連，動態顯示產品重量信息。在該系統設計中，上位機監視界面包括用戶登錄、動態顯示、數據查詢和系統維護界面。

查詢界面包含了多條件查詢功能，操作員可在規定日期時間內查詢產品信息。在本次數據查詢中，系統以操作員、批次、合格情況、查詢時間等為查詢條件查詢符合條件的產品信息[6]。另外，在查詢界面設有“另存為”按鈕，其功能是將數據信息進行備份或以Excel 的形式保存，便于查找，防止丟失。數據查詢部分程序代碼如下：

上位機數據查詢界面通過Visual Basic 軟件繪制，產品重量信息存儲在SQL Server 數據庫中，當上位機與數據庫建立連接后，各產品信息以表的形式顯示在DateGrid 控件中。數據查詢如圖6所示，查得產品累計重量為227.63 kg。

圖6 數據查詢Fig.6 Data query

5 結語

自動化流水線動態檢重監控系統已在青島某工廠投入使用且運行平穩，滿足了企業對產品的檢重需求，能夠準確快速的完成產品檢重、分揀、噴碼等工作，保障了自動化流水線平穩運行。