基于中繼器報警燈信號打碼換戶的設計

潘必勝

(中國煙草總公司重慶市公司物流分公司，重慶 400021)

為實現煙草行業卷煙的物流全程跟蹤，北京中軟公司開發了一套基于一維條碼和數字打碼的“打碼到條及訂單采集項目”系統。該系統為完成煙草商業卷煙配送單位銷售卷煙準確打碼，通過單片機技術開發了核心元件串行打碼中繼控制器［1］(以下簡稱中繼器)，利用燒制不同的應用程序，實現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行精確打碼。

按照中繼器的設計功能，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檢測元件進行換戶設計。這樣一是容易造成兩套系統計數不一致造成故障停機;二是增加系統復雜性，增大系統故障率及維修難度;三是增大系統投資。本研究使用中繼器本身的報警燈信號，利用PLC進行邏輯編程，提供中繼器換戶信號的方式，實現卷煙分揀線自動換戶打碼。

一、中繼器工作原理

(一)打碼準備

在開始進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聯好的打碼信息。

(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”發送給打碼機數據端;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設的打碼延時時間由打碼頭對卷煙進行打碼。

(三)打碼計數

在打碼過程中，中繼器將對客戶卷煙打碼數量進行精確計數，將計數數量與上位機傳送過來的客戶卷煙數量進行比較，當打碼數量與客戶數量剛好一致時，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，說明數量一致，可以正常換戶，進行下一戶卷煙打碼;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、系統硬件設計

(一)機械設計

為滿足卷煙打碼的自動換戶，在系統進行機械設計時，需要設計換戶牌阻擋機構，以實現中繼器完成換戶之前，阻擋機構阻擋換戶牌從而阻擋分揀皮帶上的卷煙，進入打碼皮帶而進行打碼，導致系統出現報警，影響作業順利進行。

為實現換戶無人值守效果，設計時應考慮設置換戶牌自動收集裝置，以實現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行控制選型時，應使用變頻器對兩條皮帶速度進行控制調節，以達到進入打碼皮帶卷煙之間存在間隙，滿足打碼光電檢測元件進行準確檢測，提高打碼準確率，降低系統故障。

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

(二)控制設計

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

滯留檢測用于檢測報警信號燈狀態變化后，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的距離接近800mm，當由于通過打碼皮帶卷煙間距比較大時，系統會正常換戶，而把后續通過的卷煙作為下一客戶卷煙進行打碼，造成打碼及計數錯誤，杜絕此類故障的出現，需要增加一組對射光電開關，保證在正常換戶時，阻擋裝置和打碼檢測之間沒有卷煙，以提高系統可靠性。

2)電路設計。現在煙草行業無論那種分揀模式在其分揀或包裝控制系統中，均會使用PLC作為核心控制組件。本研究的設計思路是不作為單獨系統，在控制系統硬件設計時，采用分揀系統或包裝機系統所帶的PLC控制器作為該套系統的控制器使用，本研究以西門子S7系列226型PLC為例進行設計闡述，系統電氣控制接線如圖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入控制系統，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行隔離后輸入控制系統。

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

為滿足系統安全和可靠性，將防撞檢測SQ3和滯留SQ2保護光電信號輸入PLC進行控制，作為安全和滯留檢測信號使用的對射光電開關，注意選擇常開常閉形式，確保在光電開關發射端和接收端沒有對準時要起到保護作用，避免保護失效。

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

三、軟件設計

(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，避免卷煙通過打碼系統為運行。

2)邏輯要求。分揀皮帶運行的前提是打碼皮帶及前端設備運行正常、保護開關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，預設延時時間到后，只要滿足換戶牌前所有卷煙已經通過打碼頭，分揀皮帶在運行，換戶牌在檢測開關位置，則讓阻擋氣缸動作，輸出信號到中繼器進行換戶。

2)黃燈處理。由于打碼系統在進行數據讀取和人工定位打碼操作時，狀態燈為黃燈亮綠燈熄滅，為讓換戶程序不將此類操作誤認為換戶，程序將黃燈點亮時間超過正常換戶黃燈點亮時間視為人工操作，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生報警即紅燈點亮，均會導致綠燈熄滅而啟動一次換戶過程，但實際操作應該進行人工故障復位，所以程序檢測到紅燈信號一旦出現，馬上清除本次換戶過程，并要求人工復位故障達到預設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行設計，以便可根據調試效果修改時間參數，確保換戶過程穩定、可靠、連續運行。

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、結束語

在中軟公司為煙草行業定制開發的“打碼到條及訂單采集項目”系統中，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，而且系統簡單，計數準確，換戶穩定，運行順暢。在筆者所在單位10條分揀線近2年的運行結果表明，正是由于該套設計方案的成功應用，才將電子標簽輔助分揀系統的功能發揮到了極致，成為全國行業內該類設備分揀效率最高的單位，達到了令人滿意的效果。

［1］北京中軟國際信息技術有限公司.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:機械工業出版社，2007.

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