潘必勝

(中國煙草總公司重慶市公司物流分公司，重慶 400021)

為實現(xiàn)煙草行業(yè)卷煙的物流全程跟蹤，北京中軟公司開發(fā)了一套基于一維條碼和數(shù)字打碼的“打碼到條及訂單采集項目”系統(tǒng)。該系統(tǒng)為完成煙草商業(yè)卷煙配送單位銷售卷煙準(zhǔn)確打碼，通過單片機技術(shù)開發(fā)了核心元件串行打碼中繼控制器［1］(以下簡稱中繼器)，利用燒制不同的應(yīng)用程序，實現(xiàn)與工控上位機的通訊，控制不同類型打碼機對檢測到通過的卷煙進(jìn)行精確打碼。

按照中繼器的設(shè)計功能，不具備完成在卷煙打碼過程中的自動換戶。在項目實施過程中，需要采用分切光電傳感器信號或者增加獨立的計數(shù)檢測元件進(jìn)行換戶設(shè)計。這樣一是容易造成兩套系統(tǒng)計數(shù)不一致造成故障停機;二是增加系統(tǒng)復(fù)雜性，增大系統(tǒng)故障率及維修難度;三是增大系統(tǒng)投資。本研究使用中繼器本身的報警燈信號，利用PLC進(jìn)行邏輯編程，提供中繼器換戶信號的方式，實現(xiàn)卷煙分揀線自動換戶打碼。

一、中繼器工作原理

(一)打碼準(zhǔn)備

在開始進(jìn)行一條線路卷煙打碼之前，工控上位機從管理機獲取整個線路客戶卷煙關(guān)聯(lián)好的打碼信息。

(二)打碼控制

分揀完成的卷煙通過連接在中繼器［2］“條煙IN”(中繼器接口分布如圖1、圖2所示)上高精度光電檢測元件時，中繼器通知工控上位機將已經(jīng)接收好的32位打碼信息從“工控機RS232”端口傳送到中繼器。

中繼器接收到32位打碼信息后將信息從“打碼機RS232”發(fā)送給打碼機數(shù)據(jù)端;中繼器將接收到的“條煙IN”信號采用信號分配的方式通過“條煙OUT1”傳遞到打碼機控制端，控制打碼機按照接收的信息和預(yù)設(shè)的打碼延時時間由打碼頭對卷煙進(jìn)行打碼。

(三)打碼計數(shù)

在打碼過程中，中繼器將對客戶卷煙打碼數(shù)量進(jìn)行精確計數(shù)，將計數(shù)數(shù)量與上位機傳送過來的客戶卷煙數(shù)量進(jìn)行比較，當(dāng)打碼數(shù)量與客戶數(shù)量剛好一致時，中繼器“報警燈”中24VDC綠燈熄滅，24VDC黃燈亮起0.3秒后，綠燈再次點亮，黃燈熄滅，完成一次打碼報警燈信號切換。

在中繼器報警燈信號切換過程中或之后，中繼器“分戶盒IN”接收到分戶盒信號，說明數(shù)量一致，可以正常換戶，進(jìn)行下一戶卷煙打碼;但如果這時從“條煙IN”上接收到卷煙通過信號，說明該客戶分揀多煙，則系統(tǒng)報警，中繼器“報警燈”中24VDC綠燈熄滅，紅燈點亮，中繼器“傳送帶停”給出停機信號。

在中繼器報警燈信號切換之前，中繼器“分戶盒IN”接收到分戶盒信號，說明該客戶分揀少煙，則系統(tǒng)報警，中繼器“報警燈”中24VDC綠燈熄滅，紅燈點亮，中繼器“傳送帶停”給出停機信號。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

(一)機械設(shè)計

為滿足卷煙打碼的自動換戶，在系統(tǒng)進(jìn)行機械設(shè)計時，需要設(shè)計換戶牌阻擋機構(gòu)，以實現(xiàn)中繼器完成換戶之前，阻擋機構(gòu)阻擋換戶牌從而阻擋分揀皮帶上的卷煙，進(jìn)入打碼皮帶而進(jìn)行打碼，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)報警，影響作業(yè)順利進(jìn)行。

為實現(xiàn)換戶無人值守效果，設(shè)計時應(yīng)考慮設(shè)置換戶牌自動收集裝置，以實現(xiàn)卷煙換戶后換戶牌和卷煙的分離，并且緩存收集的換戶牌。

分揀皮帶和打碼皮帶在進(jìn)行控制選型時，應(yīng)使用變頻器對兩條皮帶速度進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，以達(dá)到進(jìn)入打碼皮帶卷煙之間存在間隙，滿足打碼光電檢測元件進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，提高打碼準(zhǔn)確率，降低系統(tǒng)故障。

為保證不損傷打碼檢測元件和打碼頭設(shè)備，在電氣控制需要的防撞檢測之后進(jìn)入打碼檢測之前增加機械防撞機構(gòu)，確保沒有重疊和直立卷煙通過，增加系統(tǒng)機械防護(hù)裝置，提高系統(tǒng)安全性。

(二)控制設(shè)計

1)保護(hù)設(shè)計。防撞檢測用于檢測通過打碼頭卷煙狀態(tài)是否異常。由于打碼頭和檢測開關(guān)位置距離卷煙面很近，在打碼皮帶上的卷煙偶爾會出現(xiàn)重疊或直立，如果直接通過會造成設(shè)備損壞或打碼檢測錯誤，為保證系統(tǒng)運行安全，由一組對射光電檢測開關(guān)進(jìn)行電氣保護(hù)。

滯留檢測用于檢測報警信號燈狀態(tài)變化后，是否還有卷煙在打碼皮帶上。由于阻擋裝置和打碼檢測開關(guān)的距離接近800mm，當(dāng)由于通過打碼皮帶卷煙間距比較大時，系統(tǒng)會正常換戶，而把后續(xù)通過的卷煙作為下一客戶卷煙進(jìn)行打碼，造成打碼及計數(shù)錯誤，杜絕此類故障的出現(xiàn)，需要增加一組對射光電開關(guān)，保證在正常換戶時，阻擋裝置和打碼檢測之間沒有卷煙，以提高系統(tǒng)可靠性。

2)電路設(shè)計?，F(xiàn)在煙草行業(yè)無論那種分揀模式在其分揀或包裝控制系統(tǒng)中，均會使用PLC作為核心控制組件。本研究的設(shè)計思路是不作為單獨系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)硬件設(shè)計時，采用分揀系統(tǒng)或包裝機系統(tǒng)所帶的PLC控制器作為該套系統(tǒng)的控制器使用，本研究以西門子S7系列226型PLC為例進(jìn)行設(shè)計闡述，系統(tǒng)電氣控制接線如圖3所示。

圖3 電氣控制

中繼器“報警燈”的綠燈、黃燈、紅燈均使中繼器所帶的24VDC作為指示燈電源。為保證指示燈信號進(jìn)入控制系統(tǒng)，并且中繼器電源和PLC控制電源不受影響，采用KA1～KA3的24VDC中間繼電器對信號進(jìn)行隔離后輸入控制系統(tǒng)。

為滿足處理分揀錯誤，人工定位打碼等個性需求，設(shè)計由一個手動按鈕SB1同時控制阻擋氣缸和給出中繼器［3］“分戶盒 IN”信號。

為滿足系統(tǒng)安全和可靠性，將防撞檢測SQ3和滯留SQ2保護(hù)光電信號輸入PLC進(jìn)行控制，作為安全和滯留檢測信號使用的對射光電開關(guān)，注意選擇常開常閉形式，確保在光電開關(guān)發(fā)射端和接收端沒有對準(zhǔn)時要起到保護(hù)作用，避免保護(hù)失效。

為保證干擾和中間繼電器觸點的抖動不對中繼器產(chǎn)生誤動作信號，在設(shè)計時不要使用阻擋氣缸一組信號進(jìn)行控制［4］，在硬件上宜使用PLC的直接觸點或固態(tài)繼電器SSR觸點進(jìn)行輸出，在程序上不宜輸出過長換戶信號。

三、軟件設(shè)計

(一)皮帶控制

1)啟動要求。分揀皮帶打碼皮帶啟動時，必須保證為綠燈即允許打碼狀態(tài)，避免卷煙通過打碼系統(tǒng)為運行。

2)邏輯要求。分揀皮帶運行的前提是打碼皮帶及前端設(shè)備運行正常、保護(hù)開關(guān)及停止按鈕未起作用。

3)控制程序［5］

LD I0.0 ON I1.3 A M0.0 A M0.0 S M0.0，1ON I0.6 A Q0.3 = Q0.3 LDN I0.2 R M0.0，1 = Q0.2 ON I1.0 LD I0.7 LD I1.1 ON I1.2 O Q0.2 O Q0.3

(二)換戶控制

1)正常換戶。當(dāng)一戶卷煙打碼完成，綠燈熄滅，利用信號下降沿啟動一次換戶開始，預(yù)設(shè)延時時間到后，只要滿足換戶牌前所有卷煙已經(jīng)通過打碼頭，分揀皮帶在運行，換戶牌在檢測開關(guān)位置，則讓阻擋氣缸動作，輸出信號到中繼器進(jìn)行換戶。

2)黃燈處理。由于打碼系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和人工定位打碼操作時，狀態(tài)燈為黃燈亮綠燈熄滅，為讓換戶程序不將此類操作誤認(rèn)為換戶，程序?qū)ⅫS燈點亮?xí)r間超過正常換戶黃燈點亮?xí)r間視為人工操作，自動清除因綠燈熄滅而啟動的換戶過程。

3)紅燈操作。在打碼過程任何時候產(chǎn)生報警即紅燈點亮，均會導(dǎo)致綠燈熄滅而啟動一次換戶過程，但實際操作應(yīng)該進(jìn)行人工故障復(fù)位，所以程序檢測到紅燈信號一旦出現(xiàn)，馬上清除本次換戶過程，并要求人工復(fù)位故障達(dá)到預(yù)設(shè)時間后才運行啟動下一次換戶過程。

4)定時器使用。程序在打碼過程從啟動、條件檢測和輸出信號等階段均采用定時器進(jìn)行設(shè)計，以便可根據(jù)調(diào)試效果修改時間參數(shù)，確保換戶過程穩(wěn)定、可靠、連續(xù)運行。

5)控制程序。

LD I0.0 LD M0.3 LD I0.1 ED A M0.4 TON T105，50 S M0.1，1 AN I0.5 A T105 LD M0.1 A Q0.2 = M0.5 TON T101，2 S Q0.0，1 LD M0.5 A T101 S Q0.1，1 O M2.0 S M0.2，1 R M0.2，1 R M0.2，1 LDN I0.2 R M0.3，1 R M0.3，1 TON T102，15LD Q0.0 LD I0.3 A T102 TON T103，3 S Q0.0，1 R M2.0，1 A T103 S Q0.1，1 LD I0.2 R Q0.0，1 LD I0.4 S M2.0，1 LD Q0.1 TON T106，5 LD M0.2 TON T104，6 A T106 A T102 A T104 = M0.4= M0.3 R Q0.1，1

四、結(jié)束語

在中軟公司為煙草行業(yè)定制開發(fā)的“打碼到條及訂單采集項目”系統(tǒng)中，用其提供的串行打碼中繼控制器報警燈端口提供的狀態(tài)燈，通過簡單的邏輯編程，完全能夠解決打碼自動換戶難題，而且系統(tǒng)簡單，計數(shù)準(zhǔn)確，換戶穩(wěn)定，運行順暢。在筆者所在單位10條分揀線近2年的運行結(jié)果表明，正是由于該套設(shè)計方案的成功應(yīng)用，才將電子標(biāo)簽輔助分揀系統(tǒng)的功能發(fā)揮到了極致，成為全國行業(yè)內(nèi)該類設(shè)備分揀效率最高的單位，達(dá)到了令人滿意的效果。

［1］北京中軟國際信息技術(shù)有限公司.打碼到條及訂單采集項目中繼控制器信號線接地方法［DB/CD］.2007.

［2］北京中軟國際信息技術(shù)有限公司.中繼器面板插座接線定義［DB/CD］.2007.

［3］北京中軟國際信息技術(shù)有限公司.打碼到條中繼控制器實施文檔［DB/CD］.2007.

［4］宋伯生.PLC編程實用指南［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007.

［5］SIEMENS.SIMATICS7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(中文版)［S］.E20001-H5540-C400-V2-5D00，2002－04.