基于PLC與觸摸屏的條碼測控系統設計

江文藝，李 娟

（陽江喜之郎果凍制造有限公司，廣東陽江 529900）

0 引言

隨著我國經濟的發展和人們生活水平的提高，人們對各種食品的需求越來越大，對食品品質和包裝的要求也越來越高，食品生產企業迎來了新的發展機遇，各種食品也從散裝稱重到增加有產品精美圖案的二次包裝袋，但近年來社會用工的缺口非常大，人工生產成本越來越高，原來工廠里的人工流水線作業模式遇到了前所未有的挑戰，為提高生產效率和降低人工生產成本，很多企業將改用包裝膜代替包裝袋，使用多頭秤[1]與食品包裝設備[2]對食品進行二次自動包裝，但生產所需的包裝膜圖案與條碼還是依靠人工檢查確認，因相鄰包裝設備存在生產不同品種情況，同一臺設備也會轉換品種生產，且很多品種的包裝膜圖案相似，再加上包裝膜上的產品條碼字體小，人工進行檢查對比所需時間長，長時間用眼時容易疲勞，容易會發生用錯包裝膜的情況。根據相關文獻所知，運用歐姆龍V500-R2 系列的固定式激光型條形碼讀碼器[3]，通過用戶手冊指定的菜單命令在條形碼掃描器內注冊產品說明書編號，連接信號輸出線至PLC 輸入點，通過條形碼掃描器的開關量信號來判定說明書是否放置完畢[4]。該條形碼讀碼器最多可注冊5種編碼，但注冊多種編碼時，不能選擇或指定與某一種編碼進行對比控制。針對以上問題，本文提出了基于PLC 與觸摸屏的條碼測控系統設計，為條碼測控提供新的參考思路。

1 設計原理

包裝膜印刷有對應品種的彩色圖案和產品條碼，且產品條碼具有唯一性，可以考慮對包裝膜的彩色圖案或產品條碼檢測進行防錯控制，一種是使用視覺系統[5]先對包裝膜的圖案或產品條碼進行拍照存起來，生產時通過視覺系統對使用的包裝膜進行圖案或產品條碼對比，當不一致時輸出信號到PLC 進行相關的控制；另一種是使用條碼掃描器先將產品的條碼數值掃描存入PLC 中，生產時通過條碼掃描器對要使用的包裝膜產品條碼進行掃描讀入PLC，與之前已存入PLC 的條碼數值進行對比，當結果不一致時進行相關的控制。視覺系統與條碼掃描器的兩種控制方案中，條碼掃描器比視覺系統的價格要便宜很多，使用條碼掃描器進行系統設計，后期對操作與維護人員的知識技能要求較低，因此確定選用條碼掃描器的控制方案。

2 硬件設計

設備原有控制系統的硬件中，觸摸屏為威綸通MT6071iP，PLC 為三菱FX3U-32MT，MT6071iP 的COM2與FX3U-32MT 的8P 圓形母口連接進行通信，觸摸屏上剩余可使用與外部設備連接的有COM1（RS232[6]）和1個USB2.0 接口，這兩個接口都可以支持連接條碼掃描器。

市面上的條形碼掃描器品牌眾多，但作為生產企業的食品包裝膜條碼讀取，需要條形碼掃描器工作穩定可靠，霍尼韋爾1910i 工業用條碼掃描器是專為需要高性能掃描作業并且高度重視耐用性的應用環境而設計，具有卓越的低劣和破損條碼掃描性能，能輕易掃描遠距離的條碼，支持USB、鍵盤口、RS232 接口連接方式，由于觸摸屏的COM1和COM2實際為同一個9針D 型公座的不同引腳，COM2 已與PLC 通信使用，本系統選用USB接口連接線的霍尼韋爾1910i條碼掃描器。

3 軟件設計

3.1 觸摸屏參數設置

用觸摸屏編程軟件EasyBuilder Pro[7]打開原觸摸屏程序的系統參數，在系統參數中新增本機設備Barcode Scanner∕Keyboard，選擇設備的接口類型為USB，點擊設置進入選擇條形碼掃描儀，本系統設計中設置超時0.2 s、可讀取的字節數目為13、對起始碼和檢查結束碼的選項均選擇不檢查，同時在資料傳輸中選擇背景傳輸，新增定時式背景傳輸，選擇地址模式為Word、字數量為7、間隔為0.2 s，選擇來源設備為Barcode Scanner∕Keyboard、來源地址為BARCODE0，選擇目標設備Mitsubishi FX3u∕FX3G、目標地址為D1800，對觸摸屏完成以上設置后，將條碼掃描器的USB 線插入到觸摸屏的USB 接口[8]中，這樣當條碼掃描器每次讀取到條碼數值時，條碼數值就會定時傳送到PLC 的D1800 至D1806 數據寄存器中。

3.2 觸摸屏畫面設計

利用EasyBuilder Pro 對觸摸屏的條碼測控管理畫面進行設計，觸摸屏畫面的右上側設置有掃碼讀出顯示、存放序號輸入、確定存入按鈕，左側為保存對應序號和品種名稱的條碼數值，右下側有生產條碼選取的選序序號輸入、確定生產按鈕、選取生產的品種名稱和產品條碼顯示，并對存放序號輸入、確定存入按鈕、選序序號輸入、確定生產按鈕設置了操作權限[9]密碼，防止非本包裝設備的管理人員非法操控。條碼測控管理畫面如圖1所示。

圖1 條碼測控管理畫面

3.3 PLC程序設計

PLC 的程序設計采用梯形圖語言[10]進行編程，編程軟件采用三菱的GX Works2，PLC 的主要控制包括條碼的錄入保存、條碼的選取生產、條碼的對比測控等部分，為防止設備斷電時，操作人員更換包裝膜進行相關的操作，系統設計了上電后自動對掃碼讀出的條碼數值和選取生產的條碼數值進行初始化清零。條碼測控PLC 程序如圖2所示。

圖2 條碼測控PLC程序

4 測試驗證與結果分析

結合觸摸屏的條碼測控管理畫面和條碼測控PLC 程序，下面進一步介紹測控系統的設計原理，PLC 程序與觸摸屏畫面設計了對應9 種產品條碼的錄入，其中D1710 至D1716 為存放當前需生產的品種條碼寄存器地址，D1800 至D1806 為存放條形碼掃描器讀出條碼的數據寄存器地址，M81 為觸摸屏確定存入按鈕的位元件，D180 為觸摸屏輸入存放序號的數值元件，D1810 至D1816 為存放序號1 的條碼數值寄存器地址，D1820 至D1826 為存放序號2 的條碼數值寄存器地址，如此類推；M71 為觸摸屏生產確認按鈕的位元件，D170 為觸摸屏輸入選取序號的數值元件，D171為觸摸屏顯示品種名稱的多狀態指示燈，其中D171=0時顯示“未選取與確認生產條碼”，D171=1 時顯示“450 克枇杷小袋”品種名稱，D171=2時顯示“630克枇杷中袋”品種名稱，D171=3時顯示“882克枇杷大袋”品種名稱，D171=4時顯示“450克杏子小袋”品種名稱，D171=5 時顯示“630 克杏子中袋”品種名稱，D171=6 時顯示“882 克杏子大袋”品種名稱，D171=7 時顯示“450 克芒果小袋”品種名稱，D171=8時顯示“630克芒果中袋”品種名稱，D171=9時顯示“882克芒果大袋”品種名稱。

條碼錄入保存：每當用條形碼掃描器掃入條形碼時，D1800 至D1806 數據寄存器的數值就會更新，如在存放序號的D180 輸入數值1 時，當按下觸摸屏上的確定存入按鈕，M81 為ON 將D1800 至D1806 的條碼數值傳送到D1810 至D1816 中存放；在存放序號的D180 輸入數值2時，當按下觸摸屏上的確定存入按鈕，M81 為ON 將D1800 至D1806 的條碼數值傳送到D1820 至D1826 中存放，如此操作可完成條碼庫其他序號條碼的存放；為防止錄入一次條形碼數值后忘記更改存放序號，在該程序的末端將K0 傳送給D180，這樣每次錄入一次條形碼數值后，存放序號就自動變為0，避免再次錄入的另一品種條形碼將之前的條形碼數值誤覆蓋。

條碼選取生產：如要選取序號1 的條碼生產，則在D170 輸入數值1，按下觸摸屏上的生產確認按鈕，M71為ON 將D1810 至D1816 的條碼數值傳送到從D1710 至D1716 中存放，D171 數據寄存器的值更新為1；如要選取序號2 的條碼生產，則在D170 輸入數值2，按下觸摸屏上的生產確認按鈕，M71為ON 將D1820至D1826的條碼數值傳送到從D1710 至D1716 中存放，D171 數據寄存器的值更新為2；隨輸入序號數值變化與生產確認，觸摸屏上會顯示與輸入序號對應的生產條碼數值和生產品種名稱。

條碼對比測控：設備剛上電時利用M8002 對D1710至D1716 和D1800 至D1806 進行復位清零，第一個BKCMP=[11]數據塊比較指令用K0 與D1710 至D1716 數據寄存器的值一一進行相等比較，如果沒有輸入選取序號，則由于D1710 至D1716 已被復位清零，塊比較信號M8090為ON，位元件S13 為ON，設備不能啟動運行，觸摸屏提示“未選取與確認生產條碼”；第二個BKCMP=數據塊比較指令用K0 與D1800 至D1806 的數據寄存器值一一進行相等比較，如果沒有使用條碼掃描器掃描要生產使用的包裝膜條碼，則由于D1800 至D1806 已被復位清零，塊比較信號M8090 為ON，位元件S10 為ON，設備不能啟動運行，觸摸屏上提示“請掃碼開機”；當使用條碼掃描器掃描了要生產使用的包裝膜條碼后，條碼數值讀入存放到D1800 至D1806 數據寄存器中，該指令的塊比較信號M8090 為OFF，位元件S10 為OFF，此時執行掃碼對比控制程序的第三個BKCMP=數據塊比較指令，用D1710 至D1716 與D1800 至D1806 數據寄存器的值一一進行相等比較，由于選取的生產品種條碼與要使用的包裝膜條碼數值一致，該指令的塊比較信號M8090 為ON，位元件S11 為ON，觸摸屏提示“掃碼正確”，此時按下設備的啟動按鈕，設備就可以正常啟動進行生產。

設備在運行過程中，如果掃描到與生產條碼不同的條碼數值，設備會立即停機；如果檢測到用完了包裝膜，設備會自動停機并對之前掃入的生產條碼數值進行清零，待操作人員安裝新的包裝膜，對包裝膜條碼重新進行掃描，掃入的條碼數值與選取生產的條碼數值經過對比一致時才又能進行生產。

5 結束語

為解決人工對比包裝膜條碼用時過長、長時間用眼容易疲勞、轉換品種生產時容易用錯包裝膜等問題，本文采用條形碼掃描器、觸摸屏、PLC 等控制設備，設計了一套基于PLC 和觸摸屏的條碼測控系統，經過系統功能測試，實現了包裝膜條碼的錄入保存、品種條碼的選取生產、條碼的自動檢測對比等控制，通過調試后使用驗證，對條碼檢測掃入和對比控制反應時間小于1 s，在沒有選取生產條碼與掃碼對比錯誤時設備不能進行啟動，在生產過程中掃描到與選取的生產條碼數值不一致時會立即停止設備。實踐證明，基于PLC 和觸摸屏的條碼測控系統運行穩定、操作簡單，用來取代傳統的人工對比條碼，起到了很好的防錯控制，降低了人員的勞動強度，提高了生產效率，具有實際應用參考價值。