李澤 莫慶龍

基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動(dòng)分配搬運(yùn)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)

李澤 莫慶龍

（廣東省智能制造研究所）

針對(duì)衛(wèi)浴陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，原有生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)與后續(xù)升級(jí)改造的自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)之間存在互相獨(dú)立、前后脫節(jié)、缺乏兼容，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)管控與生產(chǎn)追溯的問(wèn)題?；跅l碼掃描系統(tǒng)，結(jié)合原有生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)與自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動(dòng)分配搬運(yùn)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)升級(jí)改造的自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)與原有生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)的對(duì)接，為衛(wèi)浴陶瓷行業(yè)產(chǎn)線的自動(dòng)化升級(jí)改造提供支持。

條碼掃描；生產(chǎn)線控制系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)

0 引言

隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)衛(wèi)浴陶瓷的需求量日益增長(zhǎng)。在衛(wèi)浴陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程中，坯體修磨、噴釉等核心工序大多采用人工作業(yè)的方式，生產(chǎn)環(huán)境惡劣、生產(chǎn)效率低、質(zhì)量穩(wěn)定性差等問(wèn)題極大制約了企業(yè)發(fā)展[1]。目前，基于機(jī)器人和柔順控制等技術(shù)建立的機(jī)器人修磨、噴釉自動(dòng)化生產(chǎn)線已在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用[2]。同時(shí)，生產(chǎn)廠家借鑒國(guó)外先進(jìn)管理理念，引入生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控及管理。但由于技術(shù)服務(wù)提供商及引入時(shí)間不同，生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)與自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)之間出現(xiàn)了脫節(jié)，這是自動(dòng)化升級(jí)改造需要面對(duì)的一個(gè)難題。

本文根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，基于條碼掃描系統(tǒng)，上層調(diào)用原有生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)留接口，下層銜接自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動(dòng)分配搬運(yùn)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，解決了原有生產(chǎn)管理系統(tǒng)與升級(jí)改造的自動(dòng)化產(chǎn)線控制系統(tǒng)的不兼容問(wèn)題。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動(dòng)分配搬運(yùn)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)制定的生產(chǎn)計(jì)劃及指定的生產(chǎn)班組，控制待加工泥坯運(yùn)送到工作站進(jìn)行修磨，修磨完成后搬運(yùn)至指定生產(chǎn)班組負(fù)責(zé)的生產(chǎn)線體進(jìn)行后續(xù)加工。首先，通過(guò)生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)設(shè)置批次產(chǎn)品的條碼區(qū)段、加工工序以及生產(chǎn)班組；然后按照既定工序生產(chǎn)并有唯一指定的條碼信息貼于產(chǎn)品上。利用生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)所開(kāi)放的接口，開(kāi)發(fā)備份數(shù)據(jù)庫(kù)。此數(shù)據(jù)庫(kù)定時(shí)更新生產(chǎn)信息，以防廠區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)不暢而對(duì)生產(chǎn)帶來(lái)影響并減少帶寬占用。陶瓷泥坯自動(dòng)分配搬運(yùn)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)通過(guò)條碼掃描系統(tǒng)讀取待加工陶瓷泥坯的條碼信息；然后查詢線體主機(jī)上的備份數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)既定工序及生產(chǎn)班組設(shè)定，調(diào)整輸送待加工陶瓷泥坯的下一道工序生產(chǎn)線號(hào)，并將生產(chǎn)信息指令發(fā)送給生產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)；線體控制系統(tǒng)控制搬運(yùn)機(jī)器人及打磨機(jī)器人對(duì)待加工陶瓷泥坯進(jìn)行生產(chǎn)加工[3]。

2 系統(tǒng)組成

基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動(dòng)分配搬運(yùn)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)根據(jù)功能分為4個(gè)子系統(tǒng)：產(chǎn)品條碼掃描系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)查詢系統(tǒng)、產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)和產(chǎn)線自動(dòng)分配系統(tǒng)[4]，如圖1所示。

2.1 產(chǎn)品條碼掃描系統(tǒng)

產(chǎn)品條碼掃描系統(tǒng)由無(wú)線式條碼掃描頭和條形碼接收控制器2部分組成。無(wú)線式條碼掃描頭對(duì)產(chǎn)品條碼掃描后，將條碼信息數(shù)據(jù)傳送至條碼接收控制器。條碼接收控制器根據(jù)設(shè)置的輸出格式對(duì)收到的條碼信息重編碼，再以USB接口形式通過(guò)虛擬串口轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)發(fā)送至電腦主機(jī)，如圖2所示。采用此方式僅占用上位機(jī)USB接口，不需占用串行接口，可支持多個(gè)掃描器同時(shí)接入。

圖1 基于條碼掃描陶瓷泥坯自動(dòng)分配搬運(yùn)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)組成框圖

圖2 產(chǎn)品條碼掃描系統(tǒng)與上位機(jī)連接方式示意圖

2.2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)查詢系統(tǒng)

在產(chǎn)線線體的主機(jī)上開(kāi)發(fā)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)，采用MySQL創(chuàng)建本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)TCP/IP協(xié)議與服務(wù)器主機(jī)進(jìn)行通訊。以產(chǎn)品條碼為主鍵將解析完畢的數(shù)據(jù)在本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行插入、更新等操作。本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)定時(shí)與服務(wù)器主機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)同步更新，防止因網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器維護(hù)而影響正常生產(chǎn)，同時(shí)也有效提高了企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的利用率，避免大批量數(shù)據(jù)頻繁更新增加內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類別如圖3所示。

2.3 產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)

產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)采用PLC為控制器，通過(guò)DP通訊方式與FANUC機(jī)器人通訊；通過(guò)Sockets協(xié)議與上位機(jī)通訊；通過(guò)I/O模塊接收線體上傳感器信號(hào)。PLC接收產(chǎn)線自動(dòng)分配系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容調(diào)用不同程序塊，每個(gè)程序塊對(duì)應(yīng)相應(yīng)生產(chǎn)線體的動(dòng)作。

圖3 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類別構(gòu)成

2.4 產(chǎn)線自動(dòng)分配系統(tǒng)

產(chǎn)線自動(dòng)分配系統(tǒng)是本系統(tǒng)的核心部分，配合產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)查詢系統(tǒng)使用。產(chǎn)線自動(dòng)分配系統(tǒng)接收產(chǎn)品條碼掃描系統(tǒng)傳輸回來(lái)的產(chǎn)品條碼；然后調(diào)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)查詢系統(tǒng)查詢條碼，并讀取數(shù)據(jù)；接著根據(jù)自動(dòng)分配規(guī)則將產(chǎn)品分配給相應(yīng)生產(chǎn)班組的對(duì)應(yīng)產(chǎn)線；最后將控制信息發(fā)送給產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)，產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)控制設(shè)備及機(jī)器人完成動(dòng)作。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了產(chǎn)品自動(dòng)分配系統(tǒng)控制軟件。為提升查詢速度，軟件可直接調(diào)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)以太網(wǎng)與產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，從而實(shí)現(xiàn)基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動(dòng)分配搬運(yùn)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的控制。產(chǎn)線自動(dòng)分配系統(tǒng)的工作處理流程如圖4所示。

圖4 產(chǎn)線自動(dòng)分配系統(tǒng)的工作處理流程

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 產(chǎn)品條碼掃描系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

條碼掃描控制器以串行通訊模式，發(fā)送包含條形碼信息的報(bào)文給上位機(jī)。為增強(qiáng)系統(tǒng)的通用性與便利性，本文使用USB接口通過(guò)虛擬串口轉(zhuǎn)換連接至工控機(jī)，實(shí)時(shí)接收條碼信息。此方法可同時(shí)接收多組條碼信息。因需要實(shí)時(shí)接收條碼信息，所以設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖器，以代理的形式對(duì)使用的虛擬端口進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)。此部分功能實(shí)現(xiàn)的偽代碼為：

//串口實(shí)例化

SerialPort serialPort1 = new SerialPort ("COM1", 115200, Parity.None, 8, StopBits.One);

SerialPort serialPort2 = new SerialPort ("COM2", 115200, Parity.None, 8, StopBits.One);

//初始化委托事件

public delegate void Displaydelegate1 (byte[] InputBuf1);

public delegate void Displaydelegate2 (byte[] InputBuf2);

數(shù)據(jù)緩沖區(qū)接收到數(shù)據(jù)后，觸發(fā)功能函數(shù)，將產(chǎn)品條碼整理變換，存儲(chǔ)并顯示，同時(shí)記錄到生產(chǎn)日志備份文件中，以供特定情況下對(duì)生產(chǎn)信息進(jìn)行查詢。

3.2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)查詢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

使用MySQL開(kāi)發(fā)產(chǎn)線線體本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，每24 小時(shí)與服務(wù)器主機(jī)進(jìn)行一次通訊。通過(guò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器接口，接收json格式文件并進(jìn)行解析；將解析后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存為臨時(shí)數(shù)據(jù)表格，以產(chǎn)品條碼為主鍵進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢；根據(jù)臨時(shí)表格對(duì)本地產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。查詢本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)截圖如圖5所示。

圖5 本地產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)截圖

3.3 產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用2個(gè)PLC作為產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)的控制器，1個(gè)主PLC同時(shí)控制4臺(tái)FANUC機(jī)器人進(jìn)行搬運(yùn)及修磨操作；另一個(gè)從PLC控制線體運(yùn)行。產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)主PLC與上位機(jī)采用以太網(wǎng)方式連接，通過(guò)底層sockets協(xié)議與控制軟件進(jìn)行通訊。

PLC接口程序函數(shù)偽代碼為：

public void LinkToPLC(string PLC_IP, int DBNumber, int Start)

{

PLC_Client client = new PLC_Client();

try{

byte[] probs = new byte[15];

byte[] Chebs = new byte[10];

byte[] Selbs = new byte[5];

if (productnumber_result != null && ChengXingXianHao_result != null)

{

probs = ASCII.GetBytes(productnumber_result);

Chebs =

ASCII.GetBytes(ChengXingXianHao_result);

Selbs =

BitConverter.GetBytes(selectGanPiXianHao);

int d = client.Connect ();

if (d == 0)

{

int a = client.DBWrite(DBNumber, Start, 15, probs);

int b = client.DBWrite(DBNumber, Start + 15, 10, Chebs);

int c = client.DBWrite(DBNumber, Start + 25, 5, Selbs);

if (a == 0 & b == 0 & c == 0)

{

textBox.Text = "條碼寫(xiě)入成功";

}}

else MessageBox.Show("請(qǐng)檢查PLC連接");

}

else MessageBox.Show("請(qǐng)輸入條碼并查詢");

}

catch (Exception ex)

{throw ex;}

client.disconnect();

}

3.4 產(chǎn)線自動(dòng)分配系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

產(chǎn)線自動(dòng)分配系統(tǒng)作為銜接原生產(chǎn)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)線體控制系統(tǒng)的核心部分，承擔(dān)產(chǎn)品條碼接收、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)查詢以及對(duì)產(chǎn)線PLC寄存器讀寫(xiě)操作。本文開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件在集成以上功能的基礎(chǔ)上，也支持操作人員對(duì)產(chǎn)線分配操作的功能，并可記錄相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。該產(chǎn)線自動(dòng)分配系統(tǒng)軟件在Windows系統(tǒng)下，采用C#編程語(yǔ)言和.NET框架，在Visual Studio 2017環(huán)境開(kāi)發(fā)。此應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)了根據(jù)陶瓷泥坯的產(chǎn)品條碼以及生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)設(shè)定的生產(chǎn)規(guī)則，調(diào)配待加工陶瓷泥坯后續(xù)加工產(chǎn)線的功能。

產(chǎn)線自動(dòng)分配系統(tǒng)軟件截圖如圖6、圖7所示。

圖6 產(chǎn)線自動(dòng)分配系統(tǒng)軟件主界面

圖7 生產(chǎn)線及生產(chǎn)班組信息

4 結(jié)語(yǔ)

基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動(dòng)分配搬運(yùn)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某陶瓷生產(chǎn)廠家的自動(dòng)化生產(chǎn)線。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，有效提高了生產(chǎn)效率，使該廠原有生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)與升級(jí)改造的自動(dòng)化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫銜接，解決了新老系統(tǒng)的不兼容問(wèn)題。對(duì)企業(yè)提升生產(chǎn)和質(zhì)量管理水平有較大幫助，同時(shí)為企業(yè)后續(xù)自動(dòng)化、信息化改造奠定基礎(chǔ)。

[1] 周謙,莫慶龍,劉作鈿,等.衛(wèi)浴行業(yè)機(jī)器人打磨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓,2018,46(9):52-55.

[2] 周謙,莫慶龍,葉劍.高品質(zhì)衛(wèi)浴陶瓷的機(jī)器人噴釉工藝的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)陶瓷,2016,52(8):77-79.

[3] 馬永平.智能機(jī)器人在陶瓷衛(wèi)浴行業(yè)的推廣應(yīng)用[J].陶瓷, 2018(10):11-13.

[4] 張奕震,柳旭.陶瓷生產(chǎn)線配料自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,45(4):509-512.

Control System of Ceramic Paste Automatic Distribution and Handling Production Line Based on Bar Code Scanning

Li Ze Mo Qinglong

(Guangdong Institute of Intelligent Manufacturing)

In the production process of the sanitary ceramics industry, the existing production management system and the upgraded control system of the automated production line are independent of each other, and thus affect the quality control and production traceability. Based on the barcode scanning system, combined with the original production management system and automated control system, this paper designs and develops a system, which is consistent of a barcode scanning system, an automatic distribution control system, a local database and an application software. The developed system provides support for the transformation and upgrading of the production line automation of the sanitary ceramics industry.

Bar Code Scanning; Production Line Control System; Database

李澤，男，1988年生，碩士，主要研究方向：運(yùn)動(dòng)控制及軌跡規(guī)劃、多傳感器融合技術(shù)等。E-mail: lzie110@163.com

莫慶龍，男，1984年生，大學(xué)本科，主要研究方向：工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用及智能裝備系統(tǒng)集成、行業(yè)工藝應(yīng)用。E-mail: ql.mo@giim.ac.cn