李澤 莫慶龍

基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動分配搬運生產(chǎn)線控制系統(tǒng)

李澤 莫慶龍

（廣東省智能制造研究所）

針對衛(wèi)浴陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，原有生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)與后續(xù)升級改造的自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)之間存在互相獨立、前后脫節(jié)、缺乏兼容，導致無法實現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)管控與生產(chǎn)追溯的問題?；跅l碼掃描系統(tǒng)，結(jié)合原有生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)與自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，設(shè)計基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動分配搬運生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，實現(xiàn)升級改造的自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)與原有生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)的對接，為衛(wèi)浴陶瓷行業(yè)產(chǎn)線的自動化升級改造提供支持。

條碼掃描；生產(chǎn)線控制系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫

0 引言

隨著生活水平的不斷提高，人們對衛(wèi)浴陶瓷的需求量日益增長。在衛(wèi)浴陶瓷的生產(chǎn)過程中，坯體修磨、噴釉等核心工序大多采用人工作業(yè)的方式，生產(chǎn)環(huán)境惡劣、生產(chǎn)效率低、質(zhì)量穩(wěn)定性差等問題極大制約了企業(yè)發(fā)展[1]。目前，基于機器人和柔順控制等技術(shù)建立的機器人修磨、噴釉自動化生產(chǎn)線已在實際生產(chǎn)中得到應(yīng)用[2]。同時，生產(chǎn)廠家借鑒國外先進管理理念，引入生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控及管理。但由于技術(shù)服務(wù)提供商及引入時間不同，生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)與自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)之間出現(xiàn)了脫節(jié)，這是自動化升級改造需要面對的一個難題。

本文根據(jù)實際生產(chǎn)需求，基于條碼掃描系統(tǒng)，上層調(diào)用原有生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫預留接口，下層銜接自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，設(shè)計開發(fā)了基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動分配搬運生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，解決了原有生產(chǎn)管理系統(tǒng)與升級改造的自動化產(chǎn)線控制系統(tǒng)的不兼容問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計目標

基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動分配搬運生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)制定的生產(chǎn)計劃及指定的生產(chǎn)班組，控制待加工泥坯運送到工作站進行修磨，修磨完成后搬運至指定生產(chǎn)班組負責的生產(chǎn)線體進行后續(xù)加工。首先，通過生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)設(shè)置批次產(chǎn)品的條碼區(qū)段、加工工序以及生產(chǎn)班組；然后按照既定工序生產(chǎn)并有唯一指定的條碼信息貼于產(chǎn)品上。利用生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫所開放的接口，開發(fā)備份數(shù)據(jù)庫。此數(shù)據(jù)庫定時更新生產(chǎn)信息，以防廠區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)不暢而對生產(chǎn)帶來影響并減少帶寬占用。陶瓷泥坯自動分配搬運生產(chǎn)線控制系統(tǒng)通過條碼掃描系統(tǒng)讀取待加工陶瓷泥坯的條碼信息；然后查詢線體主機上的備份數(shù)據(jù)庫，根據(jù)既定工序及生產(chǎn)班組設(shè)定，調(diào)整輸送待加工陶瓷泥坯的下一道工序生產(chǎn)線號，并將生產(chǎn)信息指令發(fā)送給生產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)；線體控制系統(tǒng)控制搬運機器人及打磨機器人對待加工陶瓷泥坯進行生產(chǎn)加工[3]。

2 系統(tǒng)組成

基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動分配搬運生產(chǎn)線控制系統(tǒng)根據(jù)功能分為4個子系統(tǒng)：產(chǎn)品條碼掃描系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)、產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)和產(chǎn)線自動分配系統(tǒng)[4]，如圖1所示。

2.1 產(chǎn)品條碼掃描系統(tǒng)

產(chǎn)品條碼掃描系統(tǒng)由無線式條碼掃描頭和條形碼接收控制器2部分組成。無線式條碼掃描頭對產(chǎn)品條碼掃描后，將條碼信息數(shù)據(jù)傳送至條碼接收控制器。條碼接收控制器根據(jù)設(shè)置的輸出格式對收到的條碼信息重編碼，再以USB接口形式通過虛擬串口轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)發(fā)送至電腦主機，如圖2所示。采用此方式僅占用上位機USB接口，不需占用串行接口，可支持多個掃描器同時接入。

圖1 基于條碼掃描陶瓷泥坯自動分配搬運生產(chǎn)線控制系統(tǒng)組成框圖

圖2 產(chǎn)品條碼掃描系統(tǒng)與上位機連接方式示意圖

2.2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)

在產(chǎn)線線體的主機上開發(fā)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，采用MySQL創(chuàng)建本地數(shù)據(jù)庫，通過TCP/IP協(xié)議與服務(wù)器主機進行通訊。以產(chǎn)品條碼為主鍵將解析完畢的數(shù)據(jù)在本地數(shù)據(jù)庫中進行插入、更新等操作。本地數(shù)據(jù)庫定時與服務(wù)器主機數(shù)據(jù)庫同步更新，防止因網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器維護而影響正常生產(chǎn)，同時也有效提高了企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的利用率，避免大批量數(shù)據(jù)頻繁更新增加內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)負擔。產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲類別如圖3所示。

2.3 產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)

產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)采用PLC為控制器，通過DP通訊方式與FANUC機器人通訊；通過Sockets協(xié)議與上位機通訊；通過I/O模塊接收線體上傳感器信號。PLC接收產(chǎn)線自動分配系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容調(diào)用不同程序塊，每個程序塊對應(yīng)相應(yīng)生產(chǎn)線體的動作。

圖3 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲類別構(gòu)成

2.4 產(chǎn)線自動分配系統(tǒng)

產(chǎn)線自動分配系統(tǒng)是本系統(tǒng)的核心部分，配合產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)使用。產(chǎn)線自動分配系統(tǒng)接收產(chǎn)品條碼掃描系統(tǒng)傳輸回來的產(chǎn)品條碼；然后調(diào)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)查詢條碼，并讀取數(shù)據(jù)；接著根據(jù)自動分配規(guī)則將產(chǎn)品分配給相應(yīng)生產(chǎn)班組的對應(yīng)產(chǎn)線；最后將控制信息發(fā)送給產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)，產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)控制設(shè)備及機器人完成動作。

根據(jù)以上設(shè)計，開發(fā)了產(chǎn)品自動分配系統(tǒng)控制軟件。為提升查詢速度，軟件可直接調(diào)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫。通過以太網(wǎng)與產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)進行通訊，從而實現(xiàn)基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動分配搬運生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的控制。產(chǎn)線自動分配系統(tǒng)的工作處理流程如圖4所示。

圖4 產(chǎn)線自動分配系統(tǒng)的工作處理流程

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 產(chǎn)品條碼掃描系統(tǒng)實現(xiàn)

條碼掃描控制器以串行通訊模式，發(fā)送包含條形碼信息的報文給上位機。為增強系統(tǒng)的通用性與便利性，本文使用USB接口通過虛擬串口轉(zhuǎn)換連接至工控機，實時接收條碼信息。此方法可同時接收多組條碼信息。因需要實時接收條碼信息，所以設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖器，以代理的形式對使用的虛擬端口進行監(jiān)聽。此部分功能實現(xiàn)的偽代碼為：

//串口實例化

SerialPort serialPort1 = new SerialPort ("COM1", 115200, Parity.None, 8, StopBits.One);

SerialPort serialPort2 = new SerialPort ("COM2", 115200, Parity.None, 8, StopBits.One);

//初始化委托事件

public delegate void Displaydelegate1 (byte[] InputBuf1);

public delegate void Displaydelegate2 (byte[] InputBuf2);

數(shù)據(jù)緩沖區(qū)接收到數(shù)據(jù)后，觸發(fā)功能函數(shù)，將產(chǎn)品條碼整理變換，存儲并顯示，同時記錄到生產(chǎn)日志備份文件中，以供特定情況下對生產(chǎn)信息進行查詢。

3.2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)實現(xiàn)

使用MySQL開發(fā)產(chǎn)線線體本地數(shù)據(jù)庫，每24 小時與服務(wù)器主機進行一次通訊。通過訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器接口，接收json格式文件并進行解析；將解析后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存為臨時數(shù)據(jù)表格，以產(chǎn)品條碼為主鍵進行數(shù)據(jù)庫查詢；根據(jù)臨時表格對本地產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行操作。查詢本地數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)截圖如圖5所示。

圖5 本地產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)截圖

3.3 產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)采用2個PLC作為產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)的控制器，1個主PLC同時控制4臺FANUC機器人進行搬運及修磨操作；另一個從PLC控制線體運行。產(chǎn)線線體控制系統(tǒng)主PLC與上位機采用以太網(wǎng)方式連接，通過底層sockets協(xié)議與控制軟件進行通訊。

PLC接口程序函數(shù)偽代碼為：

public void LinkToPLC(string PLC_IP, int DBNumber, int Start)

{

PLC_Client client = new PLC_Client();

try{

byte[] probs = new byte[15];

byte[] Chebs = new byte[10];

byte[] Selbs = new byte[5];

if (productnumber_result != null && ChengXingXianHao_result != null)

{

probs = ASCII.GetBytes(productnumber_result);

Chebs =

ASCII.GetBytes(ChengXingXianHao_result);

Selbs =

BitConverter.GetBytes(selectGanPiXianHao);

int d = client.Connect ();

if (d == 0)

{

int a = client.DBWrite(DBNumber, Start, 15, probs);

int b = client.DBWrite(DBNumber, Start + 15, 10, Chebs);

int c = client.DBWrite(DBNumber, Start + 25, 5, Selbs);

if (a == 0 & b == 0 & c == 0)

{

textBox.Text = "條碼寫入成功";

}}

else MessageBox.Show("請檢查PLC連接");

}

else MessageBox.Show("請輸入條碼并查詢");

}

catch (Exception ex)

{throw ex;}

client.disconnect();

}

3.4 產(chǎn)線自動分配系統(tǒng)實現(xiàn)

產(chǎn)線自動分配系統(tǒng)作為銜接原生產(chǎn)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)線體控制系統(tǒng)的核心部分，承擔產(chǎn)品條碼接收、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫查詢以及對產(chǎn)線PLC寄存器讀寫操作。本文開發(fā)的應(yīng)用軟件在集成以上功能的基礎(chǔ)上，也支持操作人員對產(chǎn)線分配操作的功能，并可記錄相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。該產(chǎn)線自動分配系統(tǒng)軟件在Windows系統(tǒng)下，采用C#編程語言和.NET框架，在Visual Studio 2017環(huán)境開發(fā)。此應(yīng)用軟件實現(xiàn)了根據(jù)陶瓷泥坯的產(chǎn)品條碼以及生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)設(shè)定的生產(chǎn)規(guī)則，調(diào)配待加工陶瓷泥坯后續(xù)加工產(chǎn)線的功能。

產(chǎn)線自動分配系統(tǒng)軟件截圖如圖6、圖7所示。

圖6 產(chǎn)線自動分配系統(tǒng)軟件主界面

圖7 生產(chǎn)線及生產(chǎn)班組信息

4 結(jié)語

基于條碼掃描的陶瓷泥坯自動分配搬運生產(chǎn)線控制系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某陶瓷生產(chǎn)廠家的自動化生產(chǎn)線。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，有效提高了生產(chǎn)效率，使該廠原有生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)與升級改造的自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)實現(xiàn)了無縫銜接，解決了新老系統(tǒng)的不兼容問題。對企業(yè)提升生產(chǎn)和質(zhì)量管理水平有較大幫助，同時為企業(yè)后續(xù)自動化、信息化改造奠定基礎(chǔ)。

[1] 周謙,莫慶龍,劉作鈿,等.衛(wèi)浴行業(yè)機器人打磨系統(tǒng)的設(shè)計[J].機床與液壓,2018,46(9):52-55.

[2] 周謙,莫慶龍,葉劍.高品質(zhì)衛(wèi)浴陶瓷的機器人噴釉工藝的研究與應(yīng)用[J].中國陶瓷,2016,52(8):77-79.

[3] 馬永平.智能機器人在陶瓷衛(wèi)浴行業(yè)的推廣應(yīng)用[J].陶瓷, 2018(10):11-13.

[4] 張奕震,柳旭.陶瓷生產(chǎn)線配料自動控制系統(tǒng)[J].廈門大學學報(自然科學版),2006,45(4):509-512.

Control System of Ceramic Paste Automatic Distribution and Handling Production Line Based on Bar Code Scanning

Li Ze Mo Qinglong

(Guangdong Institute of Intelligent Manufacturing)

In the production process of the sanitary ceramics industry, the existing production management system and the upgraded control system of the automated production line are independent of each other, and thus affect the quality control and production traceability. Based on the barcode scanning system, combined with the original production management system and automated control system, this paper designs and develops a system, which is consistent of a barcode scanning system, an automatic distribution control system, a local database and an application software. The developed system provides support for the transformation and upgrading of the production line automation of the sanitary ceramics industry.

Bar Code Scanning; Production Line Control System; Database

李澤，男，1988年生，碩士，主要研究方向：運動控制及軌跡規(guī)劃、多傳感器融合技術(shù)等。E-mail: lzie110@163.com

莫慶龍，男，1984年生，大學本科，主要研究方向：工業(yè)機器人應(yīng)用及智能裝備系統(tǒng)集成、行業(yè)工藝應(yīng)用。E-mail: ql.mo@giim.ac.cn