微波爐噴粉生產線工件自動計數系統設計與實現

馮孔淼，萬 頻，王福泉，許錦標，李學聰

FENG Kong-miao,WAN Pin,WANG Fu-quan,XU Jin-biao,LI Xue-cong

（廣東工業大學 自動化學院，廣州 510006）

0 引言

在現代工業生產中，提供準確的原材料或成品的數量是比較關鍵的問題。目前在大部分的微波爐噴粉生產線中，仍然采用人工統計微波爐工件的數量。這種計數方法一方面，不僅需要花費大量的人力和時間，而且存在計數錯誤率高，工作效率低，不能實時反映計數值，不利生產管理等缺點[1]；另一方面，人工計數方式主要是統計噴粉工作完成后合格的產品，而整個在噴粉過程中，每個處理階段都會有不合格的微波爐工件，這些產品并沒有得到有效的統計，不利于企業對生產線的改進。

針對上述問題，本文設計了一種基于三菱FX2N PLC的微波爐噴粉生產線工件自動計數系統，實現了噴粉生產線上微波爐工件的自動計數，并通過上位機監控界面，實現了遠程監控。

1 生產流程及檢測點分布

在微波爐噴粉生產線中，微波爐工件的處理流程主要有兩個階段：第一個階段是微波爐工件在經過水洗、烘干、噴粉而未進行加熱固化。在該階段，工作人員會對經過噴粉的微波爐工件進行篩選，合格的工件留在線上繼續下一個階段的處理，不合格的工件則拿下來。第二個階段是微波爐工件經過加熱固化并有一定冷卻時間后，合格的工件會換到另一條生產線，不合格的繼續留在線上，直至取下。

根據微波爐工件在噴粉生產線的工作流程，本系統在微波爐工件進行水洗前設立一個入口檢測點，用于統計初始要進行噴粉作業的工件；其次在微波爐工件經過噴粉固化后的出口設立一個出口檢測點，用于統計經過水洗、噴粉后合格的工件；最后設立一個下掛檢測點，用于統計經過固化后不合格的微波爐工件。

2 系統的硬件結構

圖1 系統硬件架構

本系統主要由現場檢測設備、主控設備PLC和上位工控機三部分組成。系統的硬件架構如圖1所示。

上位工控機在工程設計階段主要用于對PLC控制設備的程序設計、下載和調試，上位監控界面的開發，遠程網絡監測的設計等；在系統運行階段主要用于實時數據顯示，數據儲存和查詢等監控功能。

主控設備PLC主要根據設計的程序，進行各種數據的處理，并將數據送上位機顯示和處理，能夠接收上位機設定的參數進行相應的調整。

現場檢測設備采用韓國奧托尼克斯BEN10MTFR透射型光電傳感器獲取微波爐工件的信號，傳感器將現場的非電學量信號轉變為電學量信號，并轉換成標準信號傳送到PLC。光電傳感器具有檢測距離長、響應時間短、檢測過程非接觸、安裝方便等特點[2]，能夠滿足系統檢測不同材料的微波爐工件。系統在每個檢測點都設置了四個傳感器，每個傳感器對應PLC一個模擬量輸入端口。

3 系統軟件設計與實現

系統軟件設計主要包括PLC程序設計和上位機監控界面設計兩大部分。實現的主要功能有：

1）具有掉電保護、參數設置功能。

2）具有自動計數，計數器定時清零功能。

3）具有數據儲存和查詢的功能。

4）具有生產線現場運行情況、計數結果實時顯示功能。

5）具有一定的安全機制，可以防止系統的參數被隨意更改，只有操作權限的管理人員才能對某些功能進行操作。

6）與企業的計算機聯網，為管理部門提供生產的數據，實現遠程監控。

3.1 PLC程序設計

PLC的程序設計在三菱專用的GX—Developer編程軟件環境下完成。本系統程序主要包括微波爐工件自動計數模塊與計數器定時清零模塊。

3.1.1 微波爐工件自動計數模塊

微波爐工件自動計數模塊具有大型微波爐工件計數、小型微波爐工件計數和微波爐工件總數統計功能。系統采用停電保持用類型的數據寄存器作為計數器，可以保證PLC在掉電后計數的結果不會丟失[3]，使系統具有掉電保護功能。PLC對每個模擬量輸入端口都分配一個計數器，每個計數器都具有大小型工件分類計數與工件總數統計功能，可以防止當有傳感器出現故障時影響其他計數器的正常工作，同時便于查找與替換出現故障的傳感器。

光電傳感器以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，對光線傳播有影響的物體都可能會產生信號，在現場工作環境下，裝載微波爐工件的掛架會產生干擾信號，影響計數結果?？紤]在微波爐噴粉生產線中，微波爐工件的移動速度一定，而掛架相對于微波爐工件經過傳感器的時間較短，可通過對比物體經過傳感器的時間的長短進行抗干擾處理。采用這種方法也可以判斷出工件的大小。程序的設計流程如圖2所示，傳感器檢測到有物體經過，PLC獲取傳感器信號，定時器開始計時，當計時時間小于2秒時，判定該信號為干擾信號；如果物體經過傳感器的時間大于2秒，判定該信號為微波爐工件信號，工件總數計數器加1；同時如果時間大于4秒，則判定經過傳感器的是大型微波爐工件，相應的計數器加1。否則小型微波爐工件計數器加1。計數結果會送上位機進行顯示和保存。

圖2 計數程序流程圖

3.1.2 計數器定時清零模塊

三菱FX2N系列PLC提供可以掃描運行時間的特殊數據寄存器[3]，通過掃描這些特殊數據寄存器獲取當前系統的運行時間與設定的清零時間進行對比來實現系統的計數器定時清零功能。

程序設計流程圖如圖3所示。PLC啟動后，判斷設置的清零時間是否發生調整，如果有，就按照新設置的清零時間進行處理，沒有則按照原先設定的清零時間進行處理。系統當前運行的時間與當前設置的清零時間進行比較，若相等，計數器清零，如果不相等則不清零。清零時間可通過上位機的人機交互界面進行設置。

圖3 計數器定時清零流程圖

3.2 上位機監控界面設計

圖4 系統運行界面

上位機監控界面采用MCGS組態軟件進行設計，主要設計了生產線運行界面、計數顯示界面、清零時間設置界面、數據查詢界面等，生產線現場工作情況的運行界面如圖4所示。實現了生產線運行情況、計數結果實時顯示，數據儲存和查詢，參數修改等功能。MCGS通過串口訪問PLC，將數據采集到軟件中，在數據處理通道經過函數調用進行統計計算得到對應的數據值，判斷處理后在人機交互界面中顯示出來[4]。系統每分鐘儲存一次計數結果。

將上位機接入企業內部局域網，實現遠程監控，如圖5所示，管理部門通過IE瀏覽器，可以直接瀏覽組態的運行界面，查看生產線現場實時數據和歷史數據。重要的是可以分別統計水洗、噴粉環節出現的不合格件數和固化環節出現的不合格件數，方便質量控制。通過設定一定的安全機制，防止無權限人員對系統參數的調整，保證系統運行的安全可靠。

圖5 出口歷史數據統計圖

4 結束語

本系統針對在微波爐噴粉生產線中，人工統計微波爐工件數量的缺陷，利用PLC在工業控制應用中的可靠性，上位機采用MCGS設計監控界面的實用性，便于遠程監測的靈活性，設計了基于三菱FX2N PLC的微波爐生產線工件自動計數系統，實現了對微波爐生產線工件的計數的自動化。經過半年的實際運行表明，系統操作簡便、運行穩定可靠、統計數據準確，克服了原系統的不足，節約了人力資源，提高了產品質量控制水平，促進了企業對生產線的信息化管理，具有很好的應用前景和推廣價值。

[1] 曲興華,孫雙花,賈果欣,何瀅,丁金明,葉聲華.在線式光電自動計數方法及應用[J].光電工程,2004,31(3)：37-40.

[2] 朱仁盛,曲波.光電傳感器的應用[J].煤礦機電,2010,(3)：101-102.

[3] 龔仲華,史建成,孫毅.三菱FX/Q系列PLC應用技術[M].北京：人民郵電出版社,2006：167-168.

[4] 王軍,齊樂輩,李賀軍.基于組態軟件CVI設備集中監控系統設計[J].計算機測量與控制,2008,16(11)：1588-1590.