基于S7-300的條碼傳遞對比系統的設計與實現

王 萍 焦鋆萍

(1.常州信息職業技術學院 江蘇常州 213164；2.上汽大眾汽車有限公司南京分公司 江蘇南京 211100)

基于S7-300的條碼傳遞對比系統的設計與實現

王 萍1焦鋆萍2

(1.常州信息職業技術學院 江蘇常州 213164；2.上汽大眾汽車有限公司南京分公司 江蘇南京 211100)

針對掃碼槍故障影響生產效率，或掃碼錯誤導致螺栓數據無法追溯的問題，提出了通過編寫PLC程序實現車身FIS號的傳遞和比對功能，實現了掃碼槍故障后系統可以自動彈出當前工位生產車子的FIS號，保證生產節拍；掃碼槍正常時可以實現掃入的FIS號與系統傳遞來的FIS號比對，及時發現掃碼錯誤，確保螺栓數據的可追溯。

掃碼槍； PLC； 傳遞； 比對

0 引言

在汽車制造業中，高精度槍被高頻率地進行使用，其中高精度槍螺栓數據采集系統使用掃碼槍掃入車身FIS號，FIS號即為一個條碼，是生產訂單系統里的碼，是車子的識別號，通過系統判斷識別后發給高精度槍，經確認后進行擰緊，高精度槍生成的螺栓數據上傳至服務器保存，實現螺栓數據的可追溯[1]。但是若發生條碼槍故障，只能手動輸入FIS號，大大影響流水線的生產節拍；而掃碼槍掃碼錯誤則會出現螺栓數據與車身對不上號，螺栓數據無法追溯，影響了精度槍的使用。

1 現場狀態

車身車間使用2條裝配線，9個高精度槍工位，共計38把高精度槍完成4種車型的四門兩蓋螺栓的擰緊。故擰緊數據都會采集上傳至本地服務器和FIS服務器，實現螺栓數據的可追溯性，并采用FIS-EQS系統來確認擰緊合格，保證車子的質量。現場使用的是Data logic POWERSCAN PM8300-433的無線掃碼槍，所有螺栓數據記錄就是依靠掃碼槍掃到的車身FIS號來與車身進行綁定的。掃碼槍是高精度槍擰緊系統的第一道關口，一旦掃碼錯誤則會出現螺栓數據與車身無法對應，螺栓數據無法追溯的情況，掃碼槍的掃碼準確性至關重要。

現場生產中，PM8300這款掃碼槍在鏡頭出現劃傷的情況下有時會出現掃碼識別錯誤的情況，如正常的FIS號是C2201585008267，但掃碼槍卻識別成了C2201583008267，FIS號錯誤導致該輛車的本工位高精度槍螺栓數據全部缺失，如圖1所示。

圖1 掃碼槍FIS號識別錯誤

現場掃描槍故障后，為維持生產可持續進行，生產人員只能通過MP377人機交換界面上的軟鍵盤輸入，需輸入14位的FIS號并切換字母大小寫，由于系統軟鍵盤較小，輸入量大，平均輸入一次需要花費30秒，而現場的生產節拍是85秒，大大影響了生產節拍。為保證生產的正常進行和螺栓數據的可追溯，經過現場分析研究提出在高精度槍工位增加車輛FIS碼傳遞比對功能來解決上述兩大問題[2]。

2 方案理論分析

現場高精度槍系統采用西門子的S7-300PLC和西門子MP377人機交換界面，若能編寫PLC程序和HMI人機交互界面，即可實現車身FIS號的傳遞比對功能，這樣的話改造無需硬件投入，對現場生產的可持續進行影響也小。而編寫程序增加車輛FIS碼傳遞比對功能，必須要解決兩大問題，一是系統需要實現記錄第一個工位掃入條碼，并能將FIS碼傳遞給其他工位的功能，這樣能實現工位之間的VIN碼比對，若出現掃入的FIS碼與傳遞過來的FIS碼不同的情況時，及時報警，及早發現并解決，避免螺栓數據無法追溯；二是在后道工位的掃碼槍故障后，系統會自動跳出當前到達該工位的車子的FIS號，操作工只需要確認下系統跳出的FIS號與現場車子是否相同，而無需手動輸入14位的FIS號，即可進行高精度槍的使能操作并擰緊。要實現上述功能，需要解決14位FIS號的存儲和按需提取功能。

西門子S7-300系列PLC的數據存儲區有I/O區、PII、PIQ、位存儲區、L堆棧區以及很強大的DB數據塊。14位的FIS碼不是純數字的形式還帶有字母，這樣的話不能以數值的方式存儲，只能以字符串的形式存儲。如上文提到的C2201585008267這個FIS號，為了存儲需要開辟一個14位字符串的存儲空間。同時現場是流水線，由多個工位構成，為了使其他工位能用到第一個工位存儲的FIS碼，必須要存儲多個FIS碼。這樣就需要開辟很大一塊區域用于存儲，位存儲變量也是可以的，但需要耗費很大的系統資源而且存儲操作也不方便。L堆棧區是存放臨時變量的，只在PLC的一個掃描周期內有效，但工程中需要的是存儲并傳遞FIS號，顯然不適用，這樣的話就只能使用DB數據塊了。

除了能夠存儲FIS號，還必須提取所需要的FIS號。車間生產線是流水線形式生產的，2個高精度槍工位不是連續的，可能之間還跨了好幾個其他工位，那簡單的把本工位的FIS號傳輸到下一個工位不可行。而車身FIS號是特定的隨機碼，又無法排序檢索。為解決這個問題，可通過在記錄FIS碼的同時，另外開辟一個存儲空間把當前的FIS號的序列號寫進去，將這個序列號作為后面查找FIS號的一個索引號。將索引號與FIS號綁定，每記錄一個FIS號，則跟它綁定的索引號就加1，這樣雖然FIS號是無序的，但索引號有序，通過查找相應的索引號后，就能找到對應的FIS號。其存儲模型表1所示。

表1 FIS號存儲模型

3 PLC程序設計

現場使用的是西門子的S7-300系列PLC(CPU 317F-2PN/DP)支持STL語句表的高級編程方式，可以運用指針的尋址的方式，實現復雜的編程[3]。

實現上述提出的FIS號的傳遞和比對功能，并結合現場實際生產情況，提出了程序邏輯設計框圖，如圖2所示。

圖2 程序邏輯設計框圖

從程序邏輯框圖上可以看出，本程序主要需要實現FIS號的存儲、FIS號的查詢、FIS號的提取這三大功能。為了更好地實現程序的可移植性，減少程序改造對現場已有程序的影響，采用FC功能加DB數據塊的形式進行編程。

3.1 PLC程序DB塊設計

現場有兩條裝配線，每條裝配線有4～5個高精度槍工位，為了提高程序的可移植性和靈活性，設置了如表2所示的DB數據塊模型。

表2 DB數據塊模型

采用此DB數據塊模型，可以最大支持100組FIS號的存儲，這樣完全能滿足現場任何地方高精度槍工位FIS碼提取。設置6個高精度槍FIS碼提取工位，加上第一個記錄FIS碼的工位，可以支持不大于7個高精度槍工位的生產線。按DB數據塊模型結合西門子的字符類型編制了DB500數據塊，如圖3所示。

圖3 DB500數據塊

3.2 PLC程序的編寫

現場有2條裝配線，A線和B線，故使用2個DB數據塊記錄VIN碼。編寫程序FC500和FC501，其中FC500實現VIN碼的存儲、判斷和提取。FC501里面處理各個工位何時寫入VIN碼、何時提取VIN的邏輯信號。FC501在OB1主程序里面調用，這樣可以使本次改造項目的程序與現場原有程序分開，將對現場的影響降到最低，同時程序的移植性更好。FC500是本次項目編寫的核心程序，里面使用了西門子高級語言編寫，將本次項目的所有功能都封裝在一起，實現VIN碼的存儲、判斷和提取，這樣程序使用簡單，可移植性好。FC500程序的入口變量包括設置是哪條生產線的，也就是說是使用哪個DB數據塊；選擇當前是記錄FIS碼的模式，還是查找FIS碼的模式，還是提取FIS碼的模式；當前是哪個工位需要查找和提取FIS碼。程序入口變量定義如圖4所示。

圖4 FC500程序入口變量

FIS碼的記錄是在第一個工位生產完成后來一個脈沖，將當前的工位的FIS號記錄在相應的FIS碼存儲區，并且將索引號加一，FIS號記錄指針移到下一個FIS碼記錄區。工位FIS碼的查詢就是將當前工位的FIS碼寫入相應的DB數據塊中，然后執行FC500程序中的查詢索引號的功能，程序會自動在FIS碼的存儲區中逐一查找，查找到后會提取該FIS碼的索引號，若給定的FIS碼不在存儲區中，則程序會自動將索引號變為0，表示在FIS號存儲區中不存在該FIS號，請核實后再查詢。

系統自動彈碼的功能就是在經過FIS碼查詢后得出當前FIS對應的索引號，在這個工位生產完成后系統會自動將索引號加1，然后通過新的索引號利用FC500的FIS號提取功能，在FIS碼存儲區中查找該索引號，找到后將與索引號綁定的FIS碼提取出來，并提供給系統使用，這就完成了FIS碼的自動提取。

3.3 WINCC人機交互界面的編寫

PLC中實現了FIS碼的存儲、查詢和提取，還需編寫WINCC人機交互界面，由生產人員來選擇當前是需要查詢FIS碼還是提取FIS碼，是要使用掃碼槍正常時的FIS碼比對功能，還是條碼槍故障后需要系統自動彈碼的功能。編寫的WINCC人機交互界面如圖5所示。

圖5 WINCC人機交互界面

4 現場使用效果

未增加FIS碼傳輸比對功能時，操作流程如圖6所示，手動輸入FIS號平均需要花費30秒，而增加該功能后操作流程圖如圖7所示。系統自動彈出當前車子的FIS號，生產人員只需與現場車子核對確認后點擊一個按鈕即可，平均只要花費8秒，大大提高了效率，保證了生產節拍。

圖6 改造前系統運行流程圖

FIS碼比對功能確保了輸入FIS碼的正確性，保證了車子螺栓數據的可追溯性，確保了產品質量。

圖7 改造后系統運行流程圖

5 結束語

本文創新性地利用西門子S7-300強大的數據處理和存儲功能編寫程序，實現了生產線上FIS碼的傳遞比對功能，解決了現場生產中遇到的難題。同時本文提出的程序結構和編程思路為相關同仁的研究提供了參考。

[1] 張旭強， 陳關龍. 電阻電焊的伺服焊槍技術特性分析[J]. 焊接學報， 2005(6)：60-64.

[2] 張小云， 張延松， 陳關龍. 基于焊點壓痕的伺服焊槍點焊質量在線檢測方法[J]. 焊接學報, 2006(10)：57-60.

[3] 蔣煜珂， 楊妍， 鄭文波. 指針在西門子PLC程序設計中的應用[J]. 長春理工大學學報, 2009(1)：41-42.

[責任編輯：李娟]

Design and Implementation of System of Bar-code Transfer Contrast Based on S7-300

WANG Ping1JIAO Junping2

(1.Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China;2.Nanjing Branch, SaicVolkswagen Automative Company Limited, Nanjing 211100, China)

Aimed at the problems that the scan code gun faults affect the production efficiency, and scan code error makes bolts data fail to go back, this paper puts forward the PLC program which can transfer and compare of body FIS. And the system can pop up the FIS of current station production automatically after car scan code gun is out of the order, which may ensure the production rhythm. It can achieve sweep into the FIS, and compare with the FIS which is transferred from the system when scan code gun is normal, and discover the errors of the scan code to ensure that the bolt data can be traced.

bar- code scanning gun; PLC; transfer; contrast

2016-08-03

王 萍(1988-)，女，講師，碩士，主要研究方向：機電一體化

TP 391.44

B

1672-2434(2017)01-0008-04