陳紀旸，馬思樂，丁為飛，張佰順，安栩明

（1.山東大學 控制科學與工程學院，濟南 250061；2.中國石油大學（華東） 信息與控制工程學院，青島 266580）

自動稱重噴碼系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

陳紀旸1，馬思樂1，丁為飛1，張佰順1，安栩明2

（1.山東大學 控制科學與工程學院，濟南 250061；2.中國石油大學（華東） 信息與控制工程學院，青島 266580）

為解決物體稱重后標記基本由人工完成，勞動強度大、準確率不高的問題，介紹了一種基于西門子S7-300 PLC控制的對物體進行自動在線稱重和自動噴碼的方法和系統(tǒng)。稱重儀表通過PROFIBUS總線和PLC進行通信，稱重儀表與噴碼機采用RS-232通信，由噴碼機對稱重信息和產(chǎn)品信息進行實時噴碼。該系統(tǒng)比較適合應用在包裝機械行業(yè)，尤其適合用在筒子紗的包裝過程中?，F(xiàn)在該系統(tǒng)已用于某紡紗企業(yè)的筒子紗包裝過程中，取得了良好的效果，提高了稱重標記的效率和準確率。

自動稱重；自動噴碼；通信；實時；S7-300 PLC；筒子紗

0　引言

目前自動化水平高的筒子紗包裝為流水線自動包裝方式，將筒子紗自動裝入編織袋后在滾筒輸送機的輸送下，可以實現(xiàn)自動封口。但稱重時需轉到稱重儀器進行稱重，然后由人工用筆在編織袋寫上重量等所需信息。此方法不但不美觀，并且會占用大量的人力資源，最重要的是編織袋上的產(chǎn)品信息會受到人為因素影響信息的準確性。當今人力成本越來越高，企業(yè)要求的自動化和產(chǎn)品信息準確程度也得逐步提高，實現(xiàn)筒子紗裝袋后流水線實現(xiàn)自動稱重和噴碼是發(fā)展的必然趨勢[1]。

本系統(tǒng)的目的是提供在筒子紗包裝流水線上自動稱重和對稱重信息、生產(chǎn)信息進行噴印，取代人工稱重和書寫稱重信息的裝置。

1　工作流程

本稱重噴碼系統(tǒng)，是在滾筒輸送線中每隔一根滾筒拆出一根共拆出四根間隔，在稱重時將編織袋頂起進行稱重后數(shù)據(jù)實時傳送給噴碼機，噴碼定位檢測后，執(zhí)行噴印，噴印信息完成之后等待下次響應[2]。筒子紗自動稱重噴碼系統(tǒng)結構示意圖如圖1所示。電子秤稱重儀表通過PROFIBUS總線和PLC進行通信，把信息發(fā)送給控制器PLC。并且電子秤稱重儀表與噴碼機采用RS-232通信，可通過通信模塊把稱重數(shù)據(jù)傳送給噴碼機，對稱重信息和產(chǎn)品信息進行實時噴碼。噴碼機可根據(jù)生產(chǎn)要求對噴印的信息進行設定，如對字間距、大小以及光柵倍數(shù)的設定，噴碼機根據(jù)設定要求和收到的動態(tài)數(shù)據(jù)，進行最終地噴印[3]。

圖1　筒子紗自動稱重噴碼系統(tǒng)結構示意圖

筒子紗稱重噴碼系統(tǒng)工作流程圖如圖2所示。其具體工作過程如下：

封完口后的編織袋在滾筒輸送機上運動，當編織袋運動到完全遮住電子秤上方的兩個光電傳感器時，PLC控制四個稱重氣缸同時動作，將編織袋頂起，從而使得編織袋脫離于滾筒輸送機的接觸，穩(wěn)定一段時間后電子秤稱重儀表檢測到的稱重數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器PLC和噴碼機，PLC將稱重信息傳給觸摸屏進行實時顯示。整個稱重動作完成后，PLC控制四個稱重氣缸歸位，將編織袋放下，從而使得編織袋繼續(xù)在滾筒輸送機上向前運動。當編織袋運動到噴碼定位光電位置時，光電觸發(fā)噴碼機，由噴碼機對稱重等信息進行處理噴碼。

2　系統(tǒng)組成及實現(xiàn)

2.1系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)的組成如圖3所示，本系統(tǒng)由傳輸機構（滾筒輸送機）、檢測傳感器（光電傳感器和行程開關）、稱重氣缸、稱重傳感器、稱重儀表、通信模塊、噴碼機、控制器PLC以及操作面板觸摸屏組成。

圖2　稱重噴碼系統(tǒng)工作流程圖

圖3　稱重噴碼系統(tǒng)的組成框架圖

稱重儀表選用的是梅特勒托利多IND131/331工業(yè)稱重儀表，它可以提供方便靈活的方案，來應對日益多樣的稱重需求。多種類型的外殼結構，使得該系列儀表能夠在幾乎所有工業(yè)環(huán)境中使用[4]。最優(yōu)化的集成配置易于維護。不論是與PLC的通訊，還是與噴碼機等的數(shù)據(jù)輸出，IND131/331儀表都能在廣泛的應用領域里為我們提供完美的解決方案。

在選用噴碼設備時，需要考慮控制系統(tǒng)接收信息（毛重、凈重）、支數(shù)及生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家等各種所需信息，通信也是必不可少的功能，為了使噴在編織袋上的信息清晰，優(yōu)先選用大字符噴碼機。綜合以上要求，再加上噴碼速度及質量，設備成本等各種其他影響條件，最終選用偉迪捷公司的Video Jet 2120型號的噴碼機[5]。

2.2通信網(wǎng)絡的配置及實現(xiàn)

整個系統(tǒng)以西門子S7-300 PLC作為控制核心。PLC通過以太網(wǎng)與觸摸屏通信；通過PROFIBUS網(wǎng)絡與變頻器和稱重儀表通信，觸摸屏可以控制整個系統(tǒng)，變頻器調節(jié)傳輸機構傳送帶的速度；稱重儀表通過RS-232接口完成與噴碼機的通信，向噴碼機發(fā)送數(shù)據(jù)。

控制器PLC通過PROFIBUS網(wǎng)絡完成與梅特勒托利多稱重儀表IND331的通信任務，在STEP7中配置S7-300站為PROFIBUS-DP主站。S7-300 PLC要與IND331能夠通信，需要在STEP7的硬件組態(tài)時手動添加I3310C0C. GSD文件到硬件列表中（可以從網(wǎng)上或者IND331儀表光盤里找到這個.GSD文件）。添加該文件后，STEP7的硬件配置目錄PROFIBUS DP設備中“Additional Field Devices”的常規(guī)設備里就包含“IND131.331”設備[6]。硬件列表中找到稱重儀表IND331后連接到PROFIBUS通訊網(wǎng)絡。該設備包含三項，即“universal module”、“I/O2Wrd”和“I/O4Wrd”，這里選用第三項[7]。PLC配置如圖4所示。

圖4　PLC配置圖

IND131/331 提供1個標準串口和1個可選的串口。它們分別是COM1（主板上的標準端口）和COM2（選件板）。COM1提供RS-232接口。RS-232帶3根線（TXD，RXD和GND），不握手。串口上還帶有一個5V直流的激勵電壓。梅特勒托利多稱重儀表IND331與噴碼機進行通信，通信接口為標準RS-232串行通信,電子稱發(fā)送數(shù)據(jù)方式設置為連續(xù)發(fā)送[8]。通信成功后，稱重儀表會將稱重信息實時的發(fā)送給噴碼機。電子秤數(shù)據(jù)通信格式如表1所示。

表1　電子秤數(shù)據(jù)通信格式

其中：

1）數(shù)據(jù)輸出以十六進制02開始；

2）A，B和C為狀態(tài)字；

3）顯示重量：六位數(shù)，無符號和小數(shù)點；

4）皮重：六位，無小數(shù)點；

5）ASCII回車字符〈CR〉（0D hex）；

6）校驗和：激活時傳輸，用來檢查傳送數(shù)據(jù)過程中的錯誤[9]。

2.3軟件程序的編寫

稱重噴碼系統(tǒng)程序的任務是實現(xiàn)整袋筒子紗的自動稱重以及噴碼。整袋筒子紗運動到稱重機構的上方后，4個稱重氣缸就會同時動作，將筒子紗頂起，脫離滾筒線，開始執(zhí)行稱重，3秒后通過繼電器的控制將通信模塊的通信線路連通，完成稱重儀表與噴碼機的通信，噴碼機開始獲取稱重信息，待噴碼機上的重量信息與稱重儀表上重量信息完全一致并保持穩(wěn)定后，斷開稱重儀表與噴碼機的通信線路的同時保持稱重氣缸處于之前的狀態(tài)，筒子紗保持頂起狀態(tài)，以防稱重數(shù)據(jù)在氣缸回落的過程中發(fā)生改變后傳給噴碼機，影響噴碼信息的準確性。1s后電磁閥動作，氣缸回落，筒子紗落下回到滾筒線繼續(xù)運行，等待噴碼機將稱重信息噴印到編織袋上，當整袋筒子紗運動到噴碼機構后完成噴碼。稱重噴碼系統(tǒng)程序流程圖如圖5所示。

圖5　稱重噴碼系統(tǒng)程序流程圖

3　運行效果

本稱重噴碼系統(tǒng)已應用于某紡紗企業(yè)很長時間，運行效果良好，可實現(xiàn)快速準確稱重，大幅度提高了稱重噴碼的效率與準確率，做到了稱重數(shù)據(jù)自動采集、自動通信、自動處理，提高了系統(tǒng)的信息化、自動化程度。傳統(tǒng)的人工稱重、標記重量信息勞動強度大，并且經(jīng)常容易出現(xiàn)錯誤，而本稱重噴碼系統(tǒng)可以最大限度的降低人工操作所帶來的弊端和工作強度[10]。人工稱重標記效果如圖6所示，自動稱重噴碼系統(tǒng)工作實物圖如圖7所示。

圖6　人工稱重標記效果圖

圖7　自動稱重噴碼系統(tǒng)工作實物圖

4　結束語

本自動稱重噴碼系統(tǒng)，適用于筒子紗生產(chǎn)行業(yè)在流水線打包過程中的應用。此系統(tǒng)通過控制器PLC檢測各個狀態(tài)的信號，進而控制相應的動作，能夠很容易的應用在由傳輸機構、稱重機構、噴碼機、光電傳感器、觸摸屏等組成的稱重、噴碼設備中，從而實現(xiàn)自動化、準確、高效率對每袋筒子紗進行稱重，通過噴碼機對實時稱重信息和生產(chǎn)信息進行噴印。噴碼機可根據(jù)生產(chǎn)要求靈活對噴印產(chǎn)品的進行修改，生產(chǎn)信息如每袋筒子紗個數(shù)，產(chǎn)品批號和實時生產(chǎn)日期。并把每袋的稱重數(shù)據(jù)發(fā)送到PLC進行產(chǎn)量統(tǒng)計，在觸摸屏上可對稱重數(shù)據(jù)進行實時顯示。本系統(tǒng)操作簡單，減少了人工勞動量，提高

【】【】了生產(chǎn)效率，提高了筒子紗生產(chǎn)行業(yè)的自動化水平。

[1] 馬思樂,黃彬,張華龍,程浩宇,秦嶺,楊江利,陳隊范,鹿慶福.一種稱重噴碼機及其稱重噴碼方法：中國,CN201510478022.3[P].2015-10-28.

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The design and implementation of automatic weighing and printing system

CHEN Ji-yang1, MA Si-le1, DING Wei-fei1, ZHANG Bai-shun1, AN Xu-ming2

TP273

A

1009-0134(2016)07-0018-03

2016-05-29

陳紀旸（1991 -），男，山東淄博人，碩士研究生，研究方向為DCS、SCADA與工業(yè)自動化。