陳 剛,楊慧中

(江南大學(xué)輕工過(guò)程先進(jìn)控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無(wú)錫 214122)

配料生產(chǎn)控制及倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳 剛,楊慧中

(江南大學(xué)輕工過(guò)程先進(jìn)控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無(wú)錫 214122)

針對(duì)某粘膠生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中存在的原材料管理和配料控制問(wèn)題，在綜合條碼、組態(tài)王、PLC與觸摸屏技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于條碼技術(shù)的配料生產(chǎn)控制及倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。通過(guò)入庫(kù)管理、出庫(kù)管理、報(bào)表生成管理等功能模塊，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)綜合管理；采用條碼技術(shù)自動(dòng)選擇最優(yōu)先使用的物料，實(shí)現(xiàn)了加料作業(yè)管理的信息存儲(chǔ),使每種物料從采購(gòu)原料到使用消耗的全過(guò)程可追溯。該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了加料過(guò)程的自動(dòng)控制，而且能同步更新原料的使用情況。這對(duì)企業(yè)提高倉(cāng)儲(chǔ)管理的質(zhì)量和效率，降低企業(yè)庫(kù)存成本，實(shí)現(xiàn)配料的精確控制，提升企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，都具有較深遠(yuǎn)的意義。試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)操作靈活，工作可靠，能達(dá)到工藝要求，具有較好的應(yīng)用前景。

配料生產(chǎn)控制； 倉(cāng)儲(chǔ)管理； 條碼技術(shù)； 觸摸屏； 組態(tài)王； 數(shù)據(jù)庫(kù)； PLC

0 引言

配料是生產(chǎn)過(guò)程中的一道重要工序，配料的準(zhǔn)確與否將直接影響產(chǎn)品的最終性能。在粘膠生產(chǎn)中，不同規(guī)格的粘膠需要不同的配方，而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中每種配方又含有幾種或幾十種原料。目前，許多企業(yè)采用的人工配料方式不但效率低，而且易出錯(cuò)，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要[1]。

配料系統(tǒng)中的原料管理與倉(cāng)儲(chǔ)管理互為關(guān)聯(lián)。在傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)管理模式下，物料進(jìn)出庫(kù)較為隨意，由人工管理的庫(kù)存物品信息登記不僅容易出錯(cuò)，還會(huì)影響物品的出庫(kù)速度，造成庫(kù)存物品的損失[2]。一旦出現(xiàn)問(wèn)題，查找原因和追究責(zé)任也較為困難。企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，一般要求原料的使用遵循“先入先用”的原則。目前，人工管理無(wú)法確保工人在領(lǐng)料和使用中嚴(yán)格執(zhí)行該原則。

為了解決上述問(wèn)題，本文根據(jù)某粘膠生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)管理要求，開(kāi)發(fā)了基于條碼技術(shù)的配料生產(chǎn)控制及倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)入庫(kù)管理、出庫(kù)管理、報(bào)表生成管理等功能模塊，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)的綜合管理；通過(guò)條碼技術(shù)，能夠自動(dòng)選擇最優(yōu)先使用的物料，并實(shí)現(xiàn)了加料自動(dòng)控制及其作業(yè)管理的信息存儲(chǔ)。這對(duì)于提高企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)管理的質(zhì)量和效率，降低企業(yè)庫(kù)存成本，實(shí)現(xiàn)配料的精確控制及提升企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有一定作用。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC) 具有體積小、功能強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但人機(jī)對(duì)話不方便[3]。觸摸屏是連接操作人員和機(jī)器設(shè)備之間的橋梁,其接收操作人員發(fā)出的命令和設(shè)置參數(shù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控PLC 的I/O 狀態(tài)與系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程。條碼技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)。條碼是一種通過(guò)寬窄不同的黑白直線條紋的組合來(lái)表示數(shù)字或字母的特殊編碼，具有準(zhǔn)確率高、成本低、制作簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是目前較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。組態(tài)王是國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)較早的一種開(kāi)放型通用工控軟件，其充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)，有利于二次開(kāi)發(fā)。

在綜合PLC、觸摸屏、條碼技術(shù)與組態(tài)王特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于條碼技術(shù)的配料生產(chǎn)控制及倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

原料進(jìn)廠后，首先按一定格式編制條碼，并將條碼信息錄入倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中；然后，打印條碼標(biāo)簽，并將其粘貼到原料桶上。工人領(lǐng)料時(shí)，必須先在計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)中查找到該類型物料的最優(yōu)條碼，即最早入庫(kù)的該類型物料條碼；然后，通過(guò)條碼讀碼器，將領(lǐng)用信息存儲(chǔ)到系統(tǒng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

上位組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要完成以下任務(wù):首先，通過(guò)RS-485接口讀取并顯示PLC 寄存器中的值；然后，向 PLC 發(fā)送每種物料的最優(yōu)條碼；最后，將PLC 上傳的加料信息(包含加料時(shí)間、物料名稱、條碼、加料質(zhì)量和操作人員)存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，以備查詢。

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的觸摸屏與PLC之間通過(guò)RS-232接口實(shí)現(xiàn)通信，觸摸屏與現(xiàn)場(chǎng)條碼讀碼器通過(guò)USB連接。加料生產(chǎn)時(shí)，在觸摸屏上選擇物料名稱并掃描所加物料的條碼標(biāo)簽，并與PLC寄存器中的最優(yōu)條碼進(jìn)行比對(duì)。如條碼不符，即進(jìn)行報(bào)警提示，并覆蓋加料啟動(dòng)按鈕，禁止加料生產(chǎn)，從而確保原料按照“先入先用”原則被合理使用。當(dāng)條碼一致，即可進(jìn)入加料操作，選擇電磁閥并設(shè)置加料量。PLC接到觸摸屏的指令信號(hào)后，執(zhí)行控制任務(wù)。PLC接收稱重傳感器信號(hào)，控制現(xiàn)場(chǎng)電磁閥，實(shí)現(xiàn)精確加料。每次的加料信息會(huì)實(shí)時(shí)存入計(jì)算機(jī)和觸摸屏中，并能以Excel的形式保存到觸摸屏的外置硬盤上，使數(shù)據(jù)處理更方便。

由于現(xiàn)場(chǎng)與上位機(jī)管理系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)，通信采用RS-485。由于計(jì)算機(jī)接口為RS-232、PLC通信接口為RS-485，故必須在計(jì)算機(jī)串口處安裝RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換器，以解決通信接口匹配問(wèn)題?？紤]到粘膠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的防爆要求，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了控制柜、稱重變送器、電磁閥采用防爆型以外，信號(hào)線的連接也要采用防爆接線盒和防爆軟管。

2 倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 條碼技術(shù)

條碼分為一維條碼和二維條碼。一維條碼只是在一個(gè)方向(一般是水平方向)表達(dá)信息，而在另一方向(一般是垂直方向)不表達(dá)任何信息。一維條碼可以提高信息錄入的速度、降低差錯(cuò)率。但是一維條碼也存在一些不足之處：數(shù)據(jù)容量較小、只能包含字母和數(shù)字，條碼遭到損壞后便不能閱讀。二維條碼是在水平和垂直方向的二維空間存儲(chǔ)信息的條碼。這種條碼可以用來(lái)表示數(shù)據(jù)文件(包括漢字文件、圖像等)。其雖保密性好，但成本高[4]。從企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際要求和降低成本考慮，本系統(tǒng)選用一維條碼。

一個(gè)完整的一維條碼由兩側(cè)空白區(qū)、起始字符、數(shù)據(jù)字符、校驗(yàn)字符(可選)、終止字符及供人識(shí)讀的字符組成。不同類型的條碼，有不同的碼制和編碼方法。條碼編碼方法有2種:①寬度調(diào)節(jié)法，例如39 碼、庫(kù)德巴條碼和交叉 25 碼；②模塊組配法，例如通用商品條碼(EAU 碼和 UPC碼)、93 碼、EAN128 碼[5]。本系統(tǒng)采用EAN128 碼。

2.2 入庫(kù)管理

生產(chǎn)原料進(jìn)廠后，必須對(duì)原料進(jìn)行入庫(kù)操作。根據(jù)原料的入庫(kù)時(shí)間、種類、批次，對(duì)原料進(jìn)行編碼設(shè)置并粘貼標(biāo)簽；同時(shí)，將條碼信息上傳至計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行入庫(kù)處理，并更新庫(kù)存。

為了進(jìn)行質(zhì)量跟蹤，需要能根據(jù)條碼追查到具體原料。因此，每個(gè)原料的條碼必須唯一[6]。條碼共12位。條碼標(biāo)簽顯示的信息包括：生產(chǎn)日期、物料名稱、批次。條碼格式如圖2所示。

圖2 條碼格式圖

圖2中:第1～6 位為生產(chǎn)日期，例如2016年9月5日的編碼為160905；第7～10位為物料名稱，出于保密考慮，廠方將幾十種生產(chǎn)原料名稱用字符表示，物料名稱不滿4個(gè)字符，則第10位用空格代替；例如E888、A09、H15等；第11～12 位為原料批次，從01開(kāi)始，用來(lái)區(qū)分1天內(nèi)購(gòu)進(jìn)的同種原料。該編碼方式既保證了條碼的唯一性,又具有一定的靈活性。

2.3 出庫(kù)管理

領(lǐng)用物料時(shí)，首先在上位機(jī)中查看所有庫(kù)存物料的余量、條碼和最近使用時(shí)間等信息。然后，查找每種物料的最優(yōu)條碼，并且將查詢到的最優(yōu)條碼信息發(fā)送至生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，以便加料生產(chǎn)時(shí)判別。最后，工人根據(jù)最優(yōu)條碼到倉(cāng)庫(kù)領(lǐng)取物料。工人領(lǐng)料時(shí)，必須用條碼讀碼器掃描物料上的條碼，以進(jìn)一步確認(rèn)領(lǐng)取的物料是否正確。如果領(lǐng)取物料條碼與最優(yōu)條碼不一致，則出現(xiàn)報(bào)警提示。工人領(lǐng)取物料的信息會(huì)上傳至計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便管理員查詢。在出庫(kù)管理中，還具有手動(dòng)清除現(xiàn)場(chǎng)最優(yōu)條碼信息和實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)的功能。

2.4 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊主要功能如下。

①權(quán)限管理：實(shí)現(xiàn)按角色分配用戶名，并按業(yè)務(wù)分配用戶權(quán)限。

②密碼管理：為所有用戶設(shè)置初始密碼。

③條碼管理：當(dāng)某種物料用盡后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)刪除該物料的對(duì)應(yīng)條碼，并自動(dòng)更新該類型物料的最優(yōu)條碼號(hào)。系統(tǒng)管理員也可根據(jù)實(shí)際情況手動(dòng)刪除條碼信息。

2.5 數(shù)據(jù)庫(kù)管理

任何物料都有唯一的條碼標(biāo)簽，其入庫(kù)、出庫(kù)以及每次加料的信息均存儲(chǔ)在上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)管理軟件，管理員可按條件(如條碼、物料名稱、操作時(shí)間、操作人員)查詢物料；可方便地查看某物料從進(jìn)貨入庫(kù)到領(lǐng)料出庫(kù)，以及使用消耗的完整過(guò)程；還可查看該物料當(dāng)前余量。

SQL訪問(wèn)管理器用來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)列和組態(tài)王變量之間的聯(lián)系[7]，包括建立表格模板和記錄體這2部分功能[8]。通過(guò)表格模板，可在數(shù)據(jù)庫(kù)表中建立表格；通過(guò)記錄體，可建立數(shù)據(jù)庫(kù)表格列和組態(tài)王之間的聯(lián)系，允許組態(tài)王通過(guò)記錄體直接操縱數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。

①創(chuàng)建ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)。

本系統(tǒng)具有以下功能：選擇最優(yōu)條碼、查看物料余量和查詢加料記錄。首先，創(chuàng)建名為“mydata.accdb”的空數(shù)據(jù)庫(kù)，并在“mydata.accdb”中建立3張表：tableone、tabletwo、tablethree。

②建立ODBC數(shù)據(jù)源。

在“控制面板”中打開(kāi) ODBC 數(shù)據(jù)源管理器，選擇“用戶DSN”選項(xiàng)卡，設(shè)置數(shù)據(jù)源名為“mine”，選擇數(shù)據(jù)庫(kù)“mydata.accdb”，即可完成數(shù)據(jù)源配置。

③創(chuàng)建表格模板和記錄體

在組態(tài)王工程瀏覽器中分別創(chuàng)建名為“tableone”、 “tabletwo” 、 “tablethree”的表格模板和名為“bind1”、 “bind2”、 “bind3”、 “bind11”、 “bind21”、 “bind22”的記錄體。

表格模板和記錄體對(duì)應(yīng)表如表1所示。其中，“bind11”用于實(shí)時(shí)更新物料余量；“bind22”用于記錄物料使用過(guò)程；“bind3”用于查詢最優(yōu)條碼。

表1 表格模板和記錄體對(duì)應(yīng)表

3 觸摸屏的軟件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)觸摸屏的型號(hào)是威綸通MT6103ip。其監(jiān)控界面采用EasyBuilder Pro軟件設(shè)計(jì)。該軟件是一款功能強(qiáng)大且操作簡(jiǎn)單的人機(jī)界面設(shè)計(jì)軟件，可以開(kāi)發(fā)操作界面。觸摸屏界面主要由開(kāi)機(jī)界面、歷史數(shù)據(jù)查詢界面、系統(tǒng)管理界面和加料控制界面組成。各個(gè)界面相互之間都有畫面切換按鍵[9]。觸摸屏軟件流程如圖3所示。

圖3 觸摸屏軟件流程圖

①開(kāi)機(jī)界面。

操作工人根據(jù)自己的工號(hào)和密碼進(jìn)入開(kāi)機(jī)界面。

②歷史數(shù)據(jù)查詢界面。

管理員可查詢每天工人加料生產(chǎn)的完整過(guò)程。

③系統(tǒng)管理界面。

管理員可以修改用戶名和密碼，修正系統(tǒng)時(shí)間、管道殘液，啟停報(bào)警畫面。

④加料控制界面。

在選擇所加物料類型后，即可進(jìn)入加料控制界面。該界面可自動(dòng)顯示當(dāng)前物料名稱、最優(yōu)條碼和當(dāng)前質(zhì)量。在觸摸屏的軟件設(shè)計(jì)中，需要通過(guò)宏指令實(shí)現(xiàn)加料條碼與最優(yōu)條碼的比對(duì)。當(dāng)工人進(jìn)行加料操作時(shí)，首先必須用無(wú)線掃描槍讀取物料條碼信息。如果該物料條碼與最優(yōu)條碼不同，則觸摸屏上會(huì)出現(xiàn)報(bào)警窗口，并遮擋住“加料啟動(dòng)”按鈕，從而禁止加料生產(chǎn)。如果條碼相符，則可設(shè)定加料量和選擇電磁閥。最后，點(diǎn)擊“加料啟動(dòng)”按鈕，即可自動(dòng)控制加料。由此可見(jiàn)，通過(guò)條碼比對(duì)，可避免工人的不合理操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

從企業(yè)實(shí)際需求出發(fā)，在綜合條碼、組態(tài)王、PLC與觸摸屏技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了基于條碼技術(shù)的配料生產(chǎn)控制及倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。通過(guò)組態(tài)王軟件，開(kāi)發(fā)了倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)；利用條碼技術(shù)，可自動(dòng)選擇最優(yōu)先使用的物料；采用PLC和觸摸屏，實(shí)現(xiàn)了加料的自動(dòng)精確控制。該系統(tǒng)降低了手工錄入的失誤率，實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)管理和出入庫(kù)作業(yè)的自動(dòng)化，為原料溯源提供了保障，也可防止工人在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)誤操作，提高了生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)具有較好的應(yīng)用前景和較高的推廣價(jià)值。

[1] 趙興森，文生平，徐永謙.基于PLC的自動(dòng)配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013，21(4):962-964.

[2] 郭達(dá)永，陳喆，呂希勝.倉(cāng)儲(chǔ)條碼管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2012,34(7):52-54.

[3] 劉其洪，郭建.基于觸摸屏與PLC的腳輪支架沖壓自動(dòng)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2014(11):82-84.

[4] 孟靜.基于條碼的企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)和物流管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南：山東大學(xué),2007.

[5] 劉延霞，陸倩，任子暉.基于組態(tài)王和 PLC 的貨物自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2013(6):55-58.

[6] 李穎，邱冠雄，萬(wàn)振凱.基于條碼技術(shù)的織廠倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2011，27(2):31-32，140.

[7] 王華強(qiáng)，李展.聚氨酯樹脂反應(yīng)釜信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表，2017，38(5):41-44.

[8] 張艷麗，潘越，曹杰.組態(tài)王數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電,2014(6):81-83.

[9] 張勇，吳愛(ài)國(guó)，張潔.基于組態(tài)軟件和PLC的潤(rùn)滑油生產(chǎn)控制系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2015(9):70-72.

DesignoftheIngredientsProductionControlandWarehouseManagementSystem

CHEN Gang,YANG Huizhong

(Key Laboratory of Advanced Process Control for Light Industry,Ministry of Education,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

In view of the problems existing in the management of raw materials and ingredients control in certain viscose production enterprise,and based on the characteristics of the integrated technique including bar code,Kingview,PLC and touch screen,an ingredients control and warehouse management system based on bar code technology is designed.Through the warehousing management,report generation management and other functional modules,the integrated management of the warehouse is achieved.By adopting the bar code technology,the most preferred used materials are selected automatically,the information storage of the feeding job management is achieved,and the whole process of each material from purcasing raw material to being consumed can be traced.The automatic control of the feeding process in the production is realized by the system，and the usage of raw materials can also be updated synchronously.This is meaningful for enterprises to improve the quality and efficiency of warehousing management,reduce the cost of inventory and achieve precise control of ingredients to enhance the competitiveness of enterprises.Test results show that this system is reliable and flexible in operation and meet the process requirements，which has a good applicable prospect.

Ingredient production control; Warehouse management; Bar code technology; Touch screen; Kingview; Database; PLC

修改稿收到日期:2017-09-05

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61773181)、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(JUSRP51733B)

陳剛(1972—)，男，碩士，工程師，主要從事過(guò)程控制與檢測(cè)技術(shù)的研究，E-mail：cg_jndx@163.com

TH39;TP273

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201712002