陳代勛

(大冶有色博源環(huán)保股份有限公司，湖北 黃石 435000)

0 引言

公司從事廢家電、電路板、廢機(jī)電、電線電纜、廢汽車等有色金屬資源化拆解的“城市礦產(chǎn)”示范基地，環(huán)保拆解分類出再生銅、鋁、鎳、錫、鉛、鐵等金屬送入熔爐。

當(dāng)前，在廢舊家電進(jìn)行環(huán)保拆解時(shí)，因基金審核要求，需要出入庫(kù)登記，并對(duì)登記信息及作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)傳送省環(huán)保網(wǎng)。目前出庫(kù)登記環(huán)節(jié)是廢家電人工搬運(yùn)上料，再掃描工配合，手持PDA掃描貼標(biāo)條碼，后臺(tái)軟件識(shí)別，人工驗(yàn)證后進(jìn)入拆解區(qū)[1-3]。拆解線每個(gè)入料口工位安排一人掃描，需電視工位4個(gè)、洗衣機(jī)空調(diào)工位2個(gè)、冰箱工位1個(gè)，兩班倒每天人員調(diào)配5～10人。不僅人工成本高、工作量大，而且費(fèi)時(shí)效率低。該崗位要求細(xì)心負(fù)責(zé)，機(jī)械單調(diào)，規(guī)律可循，易被自動(dòng)化技術(shù)替代。

1 工藝設(shè)計(jì)確定流程

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的成熟，市場(chǎng)上傳感器等配件能達(dá)到技術(shù)要求，借鑒高速公路ETC、旅游排隊(duì)ETC、公交地鐵ETC等模式，為自主開(kāi)發(fā)實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。

考慮自動(dòng)化掃描的整體需求，選用組態(tài)王上位機(jī)軟件為服務(wù)器，下位機(jī)西門(mén)子PLC200smart CPU為控制中心[3]，建立控制終端電視掃描及冰箱洗衣機(jī)等工位7套。服務(wù)器實(shí)現(xiàn)每套掃描數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，數(shù)據(jù)庫(kù)及報(bào)表匯總，西門(mén)子PLC負(fù)責(zé)全部開(kāi)關(guān)量讀寫(xiě)、模擬量采集及程序聯(lián)鎖控制。PLC配置的擴(kuò)展性和子程序的重復(fù)調(diào)用特點(diǎn)，先以低成本開(kāi)發(fā)單套工位，調(diào)試完善投入運(yùn)行后，再逐步推廣類似的所有工位。以CRT電視拆解線作為樣例(如圖1所示)，闡述設(shè)計(jì)方案，確定工藝流程(如圖2所示)。

1.電視 2.條碼標(biāo)簽 3.掃描槍 4.測(cè)距傳感器 5.控制面板 6.顯示器 7.攝像頭 8.控制柜PLC 9.工控機(jī) S1.掃描輸送帶 S2.后輸送帶

搬運(yùn)工將廢舊電視搬到上料工位，電視屏有條碼標(biāo)簽則面對(duì)掃描槍，推送至S1掃描輸送帶，進(jìn)入4a測(cè)距傳感器的有效范圍?？刂乒馪LC采集4a傳感器的模擬量信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)換算比較。當(dāng)電視屏與掃描器為10～30 cm之間，掃描槍能以最佳信號(hào)識(shí)別二維碼，PLC控制啟動(dòng)掃描器開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)掃描槍發(fā)出激光束開(kāi)始工作?？刂泼姘逯芯G燈亮(掃描槍工作)[4-5]。

推送電視時(shí)其標(biāo)簽隨運(yùn)動(dòng)軌跡必會(huì)對(duì)準(zhǔn)激光束(前期貼標(biāo)高度已定位)。如果激光束未啟動(dòng)原因是電視與掃描槍不在最佳識(shí)別范圍，只須調(diào)整間距，在測(cè)距內(nèi)啟動(dòng)掃描器。如果激光束偏離標(biāo)簽定高，手動(dòng)或自動(dòng)啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作使掃描槍上下移動(dòng)，激光束有效射向標(biāo)簽。

當(dāng)標(biāo)簽中二維碼識(shí)別成功，掃描槍信號(hào)通過(guò)串口數(shù)據(jù)傳送到組態(tài)王，顯示器彈出條碼信息和計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，同時(shí)掃描槍聲光報(bào)警提醒和控制面板的紅燈亮。組態(tài)王數(shù)據(jù)處理后傳送信號(hào)給PLC，PLC關(guān)閉掃描槍激光束，同時(shí)啟動(dòng)S1掃描輸送帶，將已掃描電視送到下步工序。

S1掃描輸送帶尾端送出電視時(shí)，S2后輸送帶的前端安裝4b測(cè)距(光電)傳感器識(shí)別電視后，啟動(dòng)S2后輸送帶傳送電視去拆解,脫離4b傳感器時(shí)下降沿觸發(fā)PLC控制S1短程輸送帶停止，同時(shí)白燈亮(起始狀態(tài))。S2后輸送帶也受拆解區(qū)電氣控制。

S1傳送與恢復(fù)起始狀態(tài)時(shí)，搬運(yùn)工同時(shí)又搬入第2臺(tái)電視，循環(huán)掃描工序。搬運(yùn)工通過(guò)觸發(fā)激光束、掃描槍的識(shí)別聲光報(bào)警、上位機(jī)的條碼顯示和計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)、操作面板的指示燈狀態(tài)及S1輸送帶啟停。來(lái)判斷驗(yàn)證成功及通過(guò)率，并有攝像頭監(jiān)控記錄全程作業(yè)(環(huán)保基金審核要求)。工藝流程如圖2所示。

圖2 自動(dòng)掃描工藝系統(tǒng)控制流程(電視拆解線為例)

2 配置選型控制功能

2.1 上位機(jī)軟件

選擇組態(tài)王6.6SP1版[6]，它具有畫(huà)面仿真、實(shí)時(shí)顯示、I/O過(guò)程控制、故障報(bào)警、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等特性，還有網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)、多客戶機(jī)、WEB網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等功能。尤其是能兼容市面上絕大多數(shù)儀表、傳感器等智能設(shè)備，適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，能滿足該系統(tǒng)的全部要求。

2.2 可編程控制器PLC

根據(jù)規(guī)模和擴(kuò)展性需求，選性價(jià)比高、成本低的小型西門(mén)子PLC S7-200smart。它的以太網(wǎng)優(yōu)勢(shì)完全取代了西門(mén)子S7-200，直接與觸摸屏、上位機(jī)互聯(lián)互通，減少網(wǎng)絡(luò)模塊。先以單工位做開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)，前期投入低。計(jì)算工藝要求的開(kāi)關(guān)量輸入輸出及模擬量點(diǎn)位,單套需DI10點(diǎn)、DQ7點(diǎn)、AI2點(diǎn)，選擇CPU SR40, 模擬量輸入EM AE08(8AI)?？紤]7套項(xiàng)目總需求:再擴(kuò)展EM DR32(16DI/16DR)開(kāi)關(guān)量模塊3塊，EM AE08(8AI)模擬量模塊1塊。

2.3 掃描槍

掃描裝置有手持式和固定式，也分有線掃描槍，無(wú)線掃描槍及PDA掃描槍。其中PDA是智能掌上電腦，安裝操作系統(tǒng)和APP應(yīng)用價(jià)格高。筆者選用Symbol無(wú)線掃描槍做實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

2.4 測(cè)距傳感器

配合掃描槍使其啟動(dòng)觸發(fā)激光束的距離測(cè)量器,技術(shù)要求：測(cè)量范圍5～100 cm、模擬量電流4～20 Ma、常開(kāi)點(diǎn)1個(gè)、電源DC24v,介質(zhì)是超聲波、紅外或激光等。

2.5 掃描輸送帶S1

拆解線前端改裝，新增1.2 m皮帶式或輥輪式輸送機(jī)，受PLC啟停變頻調(diào)速控制。

2.6 控制面板

安裝在上料掃描區(qū)，有各種狀態(tài)的顯示燈、按鈕、聲音提示電器元件。還有自動(dòng)/零位/手動(dòng)三種開(kāi)關(guān)擋位，常規(guī)選用自動(dòng)擋，搬運(yùn)工無(wú)需操控，按狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別運(yùn)行；手動(dòng)擋是通過(guò)不同按鈕人工啟停掃描槍、S1輸送帶及干預(yù)其他功能；零位指屏蔽各功能不受控制，用原人工手持PDA掃描槍工作。

3 編程組態(tài)軟件調(diào)試

自動(dòng)化系統(tǒng)編程先要建立掃描槍、傳感器、PLC、組態(tài)王之間的通訊連接，再分類別和不同功能進(jìn)行模塊化編程，然后建立控制邏輯和程序聯(lián)鎖，在調(diào)試過(guò)程中不斷優(yōu)化，最后增加故障報(bào)警、數(shù)據(jù)顯示和其他輔助功能。

3.1 組態(tài)王與Symbol無(wú)線掃描槍串口通訊

首先測(cè)試掃描槍與電腦的連接，無(wú)線槍由手持端和通訊底座組成，手持與底座是藍(lán)牙通訊，無(wú)線距離10 m，底座與電腦USB連接，是PS/2接口協(xié)議，相當(dāng)于掃描時(shí)光標(biāo)直接彈出條碼信息。參照說(shuō)明書(shū)完成無(wú)線槍與通訊底座的配對(duì)，通過(guò)蜂鳴器的不同聲音確認(rèn)各種工作狀態(tài)。但組態(tài)王無(wú)法與無(wú)線槍通訊，只能將掃描槍轉(zhuǎn)換為串口或組態(tài)軟件識(shí)別的協(xié)議。互聯(lián)網(wǎng)搜尋安裝無(wú)線槍的虛擬串口軟件，再掃描配對(duì)USB轉(zhuǎn)串口碼。在電腦設(shè)備管理器→人體學(xué)輸入設(shè)備→Communication Virtual Port COM→屬性設(shè)置→波特率9 600，無(wú)校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位8，停止位1→高級(jí)改串口COM3。然后組態(tài)王設(shè)置設(shè)備連接，定義設(shè)備→智能模塊→通用掃描槍→BarCodeScanner→COM3→設(shè)備地址1。組態(tài)串口的通訊設(shè)置與掃描槍的虛擬串口保持一致。這樣光標(biāo)就接收不到掃描信號(hào)，掃描到的條碼數(shù)據(jù)以字符串形式傳送給組態(tài)王的變量寄存器。數(shù)據(jù)詞典中設(shè)置變量，動(dòng)畫(huà)連接，測(cè)試掃描器能否正常通訊顯示變量數(shù)據(jù)。

3.2 模塊化PLC編程

分若干個(gè)模塊功能編寫(xiě)子程序，再分別調(diào)用，縮短PLC掃描周期，優(yōu)化編程結(jié)構(gòu)，節(jié)省時(shí)間精力，還可建立庫(kù)文件，為其他項(xiàng)目積累資源。(1)測(cè)距傳感器的模擬量信號(hào)采集后，需在PLC做模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理程序，再模塊封包，外置變量接口。重復(fù)調(diào)用時(shí)只需設(shè)置輸入輸出對(duì)應(yīng)接口參數(shù)和相應(yīng)變量。(2)測(cè)距信號(hào)和設(shè)置范圍比較，再控制掃描激光束啟動(dòng)，掃描數(shù)據(jù)傳組態(tài)，返回信號(hào)控制PLC來(lái)停激光束，同時(shí)計(jì)數(shù)加1。如果重復(fù)掃描一個(gè)條碼，比較數(shù)據(jù)一致，將不進(jìn)行計(jì)數(shù)累加。(3)輸送帶的程序控制和聯(lián)鎖。(4)建立主程序和相關(guān)聯(lián)鎖關(guān)系，手動(dòng)/自動(dòng)程序編寫(xiě)。

3.3 人機(jī)畫(huà)面

上位機(jī)組態(tài)畫(huà)面，建立人機(jī)交互數(shù)據(jù)功能。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，內(nèi)置腳本支持定時(shí)、事件觸發(fā)，指令外傳的作用，對(duì)接省環(huán)保網(wǎng)ERP與PLC數(shù)據(jù)變量。內(nèi)置報(bào)表系統(tǒng)，生成歷史、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)報(bào)表。建立用戶登錄、權(quán)限管控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和打印導(dǎo)出文件等方便管理?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)對(duì)錯(cuò)碼、壞標(biāo)和無(wú)標(biāo)等特殊情況可提供數(shù)據(jù)修正等功能。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化掃描作業(yè)的實(shí)現(xiàn)，節(jié)省勞動(dòng)成本，避免人為差錯(cuò)，降低復(fù)查率，提高生產(chǎn)效率，優(yōu)化資源配置。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投入低，當(dāng)年收回勞務(wù)成本。運(yùn)行穩(wěn)定，易于維護(hù)，可在工礦冶煉、倉(cāng)儲(chǔ)進(jìn)出貨管理、物流等領(lǐng)域推廣應(yīng)用。