基于PLC的汽車(chē)線束膠布切割機(jī)條形碼控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張衛(wèi)，李雯，班嵐，遲歡，張超

（北京科技大學(xué)天津?qū)W院智能制造學(xué)院，天津，301830）

隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)內(nèi)線束的使用也越來(lái)越多，對(duì)包裹線束膠帶的使用也隨之增加。在汽車(chē)制造產(chǎn)業(yè)中電線越來(lái)越多，一些比較細(xì)小且繁多的電線需要將其進(jìn)行整齊，合理安放，就需要將其進(jìn)行纏繞。汽車(chē)線束包裹工作多數(shù)由線束加工商來(lái)完成，每一種線束包裹的數(shù)量不一樣，線束包裹的要求較高，線束包裹已成為較為繁重工作。目前，多數(shù)采用手工包扎的方式，這就避免不了出現(xiàn)漏包裹的現(xiàn)象，影響后續(xù)生產(chǎn)[1-3]。在線束包裹時(shí)，應(yīng)盡量避免工人干預(yù)切割機(jī)生產(chǎn)，一種線束包裹未完成時(shí)，不能進(jìn)行下一個(gè)線束包裹，而且工人不能修改膠布切割數(shù)量。

（五）建立高效順暢的決策機(jī)制。建立對(duì)出資企業(yè)的適當(dāng)授權(quán)或權(quán)力下放。由于集約化管理造成投資決策程序多、時(shí)間長(zhǎng)，投資效率低，與民營(yíng)企業(yè)的決策效率形成鮮明的反差，使參與實(shí)業(yè)投資的競(jìng)爭(zhēng)力下降，另外，根據(jù)目前的管理理論，完全的企業(yè)的集權(quán)管理不適合國(guó)有企業(yè)，不能搞活國(guó)有企業(yè)，應(yīng)采取集權(quán)與分權(quán)相結(jié)合的模式，基于以上因素，可以給予出資企業(yè)適當(dāng)?shù)氖跈?quán)或放權(quán)，具體操作上設(shè)定一個(gè)投資權(quán)限，在權(quán)限以下的投資由投資主體自行決策，對(duì)于科技創(chuàng)新，將決策權(quán)交給創(chuàng)新主體企業(yè)，不再報(bào)出資人審批決策，既能提高投資或創(chuàng)新決策效率，又能有效發(fā)揮下級(jí)企業(yè)的投資或創(chuàng)新積極性，直接有助于國(guó)有企業(yè)對(duì)實(shí)業(yè)經(jīng)濟(jì)的布局能力。

條形碼識(shí)別技術(shù)是較為經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的一種識(shí)別技術(shù)，集合了多種技術(shù)，數(shù)據(jù)處理較為方便，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用[4]。本文應(yīng)用條形碼識(shí)別技術(shù)，通過(guò)掃碼槍識(shí)別線束條形碼，由PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理控制膠布切割機(jī)膠布生產(chǎn)的數(shù)量，同時(shí)將信息輸出給上位機(jī)顯示，工人只需要根據(jù)顯示信息進(jìn)行生產(chǎn)即可。在更換其他線束時(shí)，只需要掃其他線束的條形碼就可以完成線束切割機(jī)膠布的數(shù)量更換，方便快捷。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 線束切割機(jī)的系統(tǒng)組成

汽車(chē)線束切割機(jī)由機(jī)架、刀架切割系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成，其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。其中機(jī)架包括外支撐架、膠布支架、張緊支架、膠帶傳動(dòng)裝置四部分。刀架切割系統(tǒng)包括刀片、膠布檢測(cè)傳感器三部分.控制系統(tǒng)包括歐姆龍PLC、急停按鈕、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、觸摸屏等四部分組成。

圖1 線束膠布切割機(jī)示意圖

條形碼識(shí)別設(shè)備為新大陸OY20手持式條碼掃描器，該掃碼器應(yīng)用了國(guó)際領(lǐng)先的芯片和智能圖像識(shí)別技術(shù)，主要面向影像式二維掃描槍?xiě)?yīng)用。OY20 可識(shí)讀各類(lèi)主流一維條碼及標(biāo)準(zhǔn)二維條碼。OY20 可以輕松讀取紙張、塑料卡、LCD 等各種印制介質(zhì)和顯示介質(zhì)上的條碼，性能強(qiáng)大。其完全一體化的設(shè)計(jì)，非常便于嵌入到各種產(chǎn)品應(yīng)用中。

1.2 線束切割機(jī)條形碼系統(tǒng)方案

條形碼識(shí)別設(shè)備與其他設(shè)備通訊多采用串行通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[5-7]。通過(guò)掃碼槍采集條形碼信息，采用RS232串行通訊協(xié)議將信息輸入到歐姆龍PLC中。歐姆龍PLC中有RS232串行通訊數(shù)據(jù)讀取指令，通過(guò)該指令可直接將條形碼信息讀取到到設(shè)定的緩存區(qū)內(nèi)，在經(jīng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移指令到其他存儲(chǔ)區(qū)保存下來(lái)。PLC與上位機(jī)（觸摸屏）采用RS232通訊，觸摸屏可以顯示條形碼的信息和設(shè)定膠布的數(shù)量。每完成一種條形碼信息存儲(chǔ)后，可直接掃描下一個(gè)條形碼進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，每種線束的條形碼信息和膠布的數(shù)量依次被存儲(chǔ)下來(lái)。當(dāng)工人掃描到某一種條形碼時(shí)，根據(jù)PLC程序設(shè)定，觸摸屏上顯示生產(chǎn)信息，當(dāng)前線束未完成生產(chǎn)時(shí)，不能進(jìn)行下一線束生產(chǎn)，總體方案如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體方案

2 線束切割機(jī)硬件設(shè)計(jì)

好好給我捻船，我一分錢(qián)都不虧你，從今天起，每天給你加一百。王鯰魚(yú)說(shuō)著，嘴里刁著一顆軟中華，腳下喀嚓喀嚓幾聲，就消失在碼頭那邊的陽(yáng)光里。

2.改革開(kāi)放40年中國(guó)住房市場(chǎng)的調(diào)控和非市場(chǎng)化的住房供給。經(jīng)過(guò)改革開(kāi)放20年住房市場(chǎng)化探索和房地產(chǎn)市場(chǎng)的培育，到21世紀(jì)初，中國(guó)房地產(chǎn)市場(chǎng)逐步形成和成熟。與之相應(yīng)，住房投資和投機(jī)過(guò)度等現(xiàn)象相伴而生，從21世紀(jì)初開(kāi)始房?jī)r(jià)飛速上漲，高房?jī)r(jià)導(dǎo)致市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下的購(gòu)房難，購(gòu)房難導(dǎo)致民眾購(gòu)房負(fù)擔(dān)沉重進(jìn)而帶來(lái)新型住房難，使住房供給嚴(yán)重偏離民生需求。與此同時(shí)，房?jī)r(jià)飛速上漲還波及金融穩(wěn)定和安全，甚至帶來(lái)系統(tǒng)性金融風(fēng)險(xiǎn)。出于改善民生和金融安全的考慮，國(guó)家從2003年開(kāi)始，一方面持續(xù)出臺(tái)房?jī)r(jià)調(diào)控政策，另一方面加大非市場(chǎng)化的保障房供給力度。

表1 PLC CP1E-N30 端子分布說(shuō)明表

圖3 RS232通訊線纜接線圖

PLC與掃碼槍和上位機(jī)的通訊協(xié)議均采用RS232通訊，需要在PLC設(shè)置中進(jìn)行通訊設(shè)置，包括波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位和模式，PLC通訊設(shè)置如圖4、5所示。

上位機(jī)觸摸屏選取維倫MT6071IE，該觸摸屏具有三組獨(dú)立串口，支持與三種不同協(xié)議的控制器同時(shí)通訊，一屏多機(jī)搭載Cortex A8 600MHz CPU和128MB內(nèi)存，運(yùn)行快速，適用EasyBuilder Pro組態(tài)軟件，擁有流動(dòng)塊、分期付款、操作記錄、配方數(shù)據(jù)庫(kù)等新功能，簡(jiǎn)單易用。通過(guò)觸摸屏可以顯示當(dāng)前生產(chǎn)的線束和更改生產(chǎn)線束的數(shù)量。

3 線束切割機(jī)系統(tǒng)通訊設(shè)計(jì)

OY20掃碼槍帶有USB和RS232通訊接口，只需根據(jù)操作說(shuō)明選擇RS232通訊即可，這里不做過(guò)多贅述。

掃碼條形碼掃碼槍主要完成新線束條形碼的輸入、生產(chǎn)線束的讀取和線束切割機(jī)復(fù)位動(dòng)作。當(dāng)需要輸入新的線束代碼時(shí)，通過(guò)掃描槍將新代碼輸入并存儲(chǔ)到PLC中，并把線束的數(shù)量通過(guò)上位機(jī)輸入存儲(chǔ)到PLC中；當(dāng)生產(chǎn)需要時(shí)，掃描要生產(chǎn)線束的條形碼，通過(guò)上位機(jī)顯示當(dāng)前的條形碼和要生產(chǎn)的數(shù)量，當(dāng)出現(xiàn)特殊情況時(shí)，掃描特定條形碼可以強(qiáng)制出膠帶和復(fù)位當(dāng)前生產(chǎn)的線束條形碼。

翌日，小蟲(chóng)陪姑媽把款交了，玉敏將那款鉆戒小心翼翼地包好?；ㄅ_(kāi)玩笑說(shuō)，玉敏這回真的做了個(gè)大單，提成厚厚的。玉敏說(shuō)這次是特價(jià)，沒(méi)有提成哦。一店美女嘆息，說(shuō)喝不上酒了。玉敏將鉆戒盒放進(jìn)一個(gè)漂亮的手提袋里，回家讓小蟲(chóng)送給姑媽。小蟲(chóng)送去時(shí)，姑媽在搓麻將，一邊抓牌一邊對(duì)小蟲(chóng)說(shuō)，你直接給你姑父送去吧，不然他要把我吃了。

圖4 PLC與掃碼槍通訊設(shè)置

采用歐姆龍CP1E系列PLC，該類(lèi)型可編程控制器具有：經(jīng)濟(jì)、易用、高效等特點(diǎn)。歐姆龍CP1E-N30P CPU具有18點(diǎn)輸入和12點(diǎn)輸出，輸出采用晶體管輸出類(lèi)型，CP1E-N30內(nèi)置一個(gè)RS-232C端口，所以還需要單獨(dú)配備一個(gè)RS-232C端口。CP1E-N30P CPU可采用自由口通信模式與其他設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的。在自由口通信模式下，通信協(xié)議完全由用戶(hù)程序控制。用戶(hù)程序可以通過(guò)使用發(fā)送中斷、接受中斷、發(fā)送指令 (TXD) 和接受指令 (RXD) 對(duì)通信口操作。需要注意的是：當(dāng)CPU處于運(yùn)行模式時(shí)才可允許自由口模式，當(dāng)CPU處于停止模式時(shí)，自由口模式通信口停止，所以需要設(shè)置CPU上電處于運(yùn)行模式[5]。

系統(tǒng)方案包括條形碼掃碼槍?zhuān)ㄐ麓箨慜Y20）、歐姆龍PLC（CP1E-N30）、自制的RS232通訊線纜分別與PLC和上位機(jī)觸摸屏（威綸MT6071IE）通訊。

護(hù)患溝通組患者的護(hù)患糾紛發(fā)生率(2.00%)明顯低于常規(guī)導(dǎo)診組患者(18.00%),數(shù)據(jù)對(duì)比差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(X 2=7.1111,P=0.0076<0.05)。數(shù)據(jù)內(nèi)容如表1所示。說(shuō)明護(hù)患溝通在一定程度上降低了門(mén)診患者與護(hù)理人員之間的糾紛發(fā)生率。

其中，PLC負(fù)責(zé)整個(gè)終端的控制，當(dāng)條碼槍采集到條形碼時(shí)，經(jīng)輸入通訊端口到PLC中，PLC將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)需求，PLC可控制膠布切割機(jī)生產(chǎn)，同時(shí)將條形碼信息發(fā)送給上位機(jī)。所以，PLC的主要工作就是負(fù)責(zé)條形碼信息的采集、處理，控制切割機(jī)。PLC地址分配見(jiàn)表 1，與上位機(jī)和掃碼槍通訊線纜接線如圖3所示。

上位機(jī)觸摸屏（威綸MT6071IE）帶有RS232和RS485通訊，由于PLC支持2組RS232通訊，所以上位機(jī)選擇其COM1口（RS232接口），同時(shí)還需要在上位機(jī)編程軟件中設(shè)置通訊接口的波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位。如圖6所示。

圖5 PLC與上位機(jī)通訊設(shè)置

圖6 上位機(jī)通訊設(shè)置

4 線束切割機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

條形碼控制程序包括條形碼信息的讀取、條形碼信息的存儲(chǔ)、條形碼信息的查詢(xún)。條形碼信息的讀取是利用PLC指令＜RXD＞讀取指令，將條形碼代號(hào)讀取到預(yù)設(shè)的存儲(chǔ)區(qū)（D70-D78）；條形碼信息的存儲(chǔ)是將每次讀取的信息存起來(lái)，形成一個(gè)配方庫(kù)，存儲(chǔ)區(qū)D100-D108，每次存儲(chǔ)完畢后地址區(qū)加10；條形碼信息的查詢(xún)是在正常工作掃描條形碼時(shí)，查詢(xún)條形碼信息，查詢(xún)地址D60-D68，如果存在就在上位機(jī)顯示條形碼信息，如果不存在，也會(huì)在上位機(jī)顯示?？刂屏鞒碳吧衔粰C(jī)控制如圖7、8所示。

圖7 條形碼控制系統(tǒng)流程圖

線束長(zhǎng)度和出膠帶的速度也是通過(guò)PLC發(fā)送脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在PLC中應(yīng)用PLS2指令設(shè)定脈沖頻率、脈沖數(shù)及電機(jī)轉(zhuǎn)向的控制，每種線束對(duì)應(yīng)相應(yīng)的參數(shù)，通過(guò)上位機(jī)可以修改參數(shù)。

圖8 上位機(jī)控制系統(tǒng)圖

5 線束切割機(jī)條形碼控制系統(tǒng)應(yīng)用

條形碼控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完畢后，在智云科技（天津）有限公司進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，首先在系統(tǒng)里添加了10組條形碼MB00101-MB00110，通過(guò)掃碼槍識(shí)別其中任意一個(gè)條形碼，上位機(jī)可以顯示當(dāng)前條形碼名稱(chēng)和要加工的膠布數(shù)量，按下啟動(dòng)按鈕切割機(jī)自動(dòng)完成膠布切割；如果當(dāng)前膠布未加工完卻掃描其他條形碼，上位機(jī)會(huì)提示當(dāng)前膠布未加工完，不允許加工其他的膠布，而且操作工無(wú)權(quán)限操作上位機(jī)，不能修改膠布的數(shù)量，達(dá)到了預(yù)期的效果，當(dāng)需要強(qiáng)制更換線束時(shí)，掃描特定條形碼可以更改當(dāng)前生產(chǎn)線束。如圖9所示。

圖9 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖

6 總結(jié)

在自動(dòng)線束切割機(jī)的基礎(chǔ)上，利用條形碼技術(shù)，將線束設(shè)計(jì)代碼，利用掃描槍來(lái)識(shí)別條形碼存儲(chǔ)到控制器內(nèi)，再由PLC讀取和輸出條形碼信息以及對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，從而實(shí)現(xiàn)了線束膠布切割機(jī)有效生產(chǎn)數(shù)量的控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法的可行性和可靠性，達(dá)到了預(yù)期的效果。