林勝黨

（柯達(dá)（中國(guó)）圖文影像有限公司 福建廈門 361026）

由于市場(chǎng)上出現(xiàn)大量的假冒公司的產(chǎn)品，嚴(yán)重影響了膠卷及GTB熱敏版材的銷售和聲譽(yù)，因此，在公司生產(chǎn)的專供國(guó)內(nèi)銷售的膠卷及GTB熱敏版材外包裝紙盒上加貼了帶有變色油墨的防偽標(biāo)簽。為保證所生產(chǎn)的每個(gè)產(chǎn)品外包裝紙盒上都貼有防偽標(biāo)簽，在包裝生產(chǎn)線上必須具備檢測(cè)防偽標(biāo)簽的功能。同時(shí)，生產(chǎn)部門對(duì)于設(shè)備還提出一些具體要求：對(duì)于沒有貼上防偽標(biāo)簽的紙盒，必須百分百剔除，剔除的數(shù)量必須進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并實(shí)時(shí)顯示出來；當(dāng)只有1個(gè)或連續(xù)2個(gè)防偽標(biāo)簽被檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)，設(shè)備不停機(jī)，仍繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)連續(xù)3 個(gè)紙盒被檢測(cè)出防偽標(biāo)簽錯(cuò)誤時(shí)，設(shè)備停機(jī)并顯示故障信息，當(dāng)操作工復(fù)位后，設(shè)備仍可重新開機(jī)運(yùn)行。

1 檢測(cè)位置的選定

目前，筆者公司所使用的包裝設(shè)備種類較多，選定控制系統(tǒng)較舊的AB 的RSLogix 5 編程軟件、Panel-View600來實(shí)現(xiàn)調(diào)試這個(gè)功能，如果能成功實(shí)現(xiàn)調(diào)試，其他較新型的控制系統(tǒng)如西門子300/400PLC、s7-1200與s7-1500PLC、博途（TIA PORTAL）控制系統(tǒng)就更容易成功實(shí)現(xiàn)調(diào)試，最新西門子的人機(jī)界面控制的設(shè)計(jì)編輯更好實(shí)現(xiàn)。

選定較舊的來自意大利馬可西尼公司生產(chǎn)的膠卷多功能包裝線，該生產(chǎn)線主要由供料機(jī)、紙盒成型機(jī)、中包機(jī)3個(gè)部分組成［1］。其中，紙盒成型機(jī)（以下簡(jiǎn)稱為紙盒機(jī)）是紙盒成型的關(guān)鍵設(shè)備，紙盒也是在此被送入機(jī)器的，在這里可以很方便地對(duì)每個(gè)紙盒進(jìn)行檢測(cè)。而到了中包機(jī)，紙盒不但被組合排列，而且紙盒表面還蒙上一層熱縮膜，會(huì)對(duì)傳感器的檢測(cè)產(chǎn)生不良影響。因此，決定將防偽標(biāo)簽檢測(cè)器安裝在紙盒成型機(jī)上。

1.1 光電傳感器的特點(diǎn)

檢測(cè)的位置確定下來了，那么，檢測(cè)的手段應(yīng)該采用什么類型的傳感器呢？基于減少備件的目的，首先從當(dāng)前公司內(nèi)已經(jīng)使用的傳感器進(jìn)行選擇。目前，公司內(nèi)性能較為接近的可供選擇的傳感器類型有光電傳感器、顏色傳感器兩種。

光電傳感器從發(fā)光部發(fā)出信號(hào)光（可見光或紅外光），在受光部接收被測(cè)物反射回來的光量（反射型），或在受光部接收被測(cè)物的遮光量（對(duì)射型），從而得出輸出信號(hào)。它的特性有非接觸檢測(cè)、可以檢測(cè)任何材料的目標(biāo)物、長(zhǎng)檢測(cè)距離、反應(yīng)速度快、可以區(qū)分顏色、高精度檢測(cè)，因此，對(duì)于像顏色檢測(cè)和顏色變化的識(shí)別這樣較為困難的檢測(cè)任務(wù)，一般都采用以顏色傳感器為核心的解決方案。

1.2 顏色傳感器的特點(diǎn)

目前，用于顏色識(shí)別的傳感器有兩種基本類型（都屬于光電式的）：一是色標(biāo)傳感器，它使用一個(gè)白熾燈光源或單色LED 光源；二是RGB（紅綠藍(lán)）顏色傳感器，它檢測(cè)目標(biāo)物體對(duì)三基色的反射比率，從而鑒別物體顏色。這類裝置多是溫反射型、光束型和光纖型，封裝在各種金屬和聚碳酸酯外殼中。典型的輸出包括：NPN 和PNP、繼電器和模擬輸出。在筆者公司中使用的顏色傳感器有很多，DATA LOGIC公司生產(chǎn)的XXXX型顏色傳感器、BANNER 的XXXX 型顏色傳感器、KEYENCE 的XXXX 型產(chǎn)品，但它們均為色標(biāo)傳感器。色標(biāo)傳感器常用于檢測(cè)特定色標(biāo)或物體上的斑點(diǎn)，它通過與非色標(biāo)區(qū)相比較來實(shí)現(xiàn)色標(biāo)檢測(cè)，而不是直接測(cè)量顏色。以白熾燈為基礎(chǔ)的傳感器利用有色光源檢測(cè)顏色，這種白熾燈發(fā)射包括紅外在內(nèi)的各種顏色的光，因此，用這種光源的傳感器可在很寬范圍上檢測(cè)顏色的微小變化；另外，白熾燈傳感器的檢測(cè)電路通常都十分簡(jiǎn)單，因此可獲得極快的響應(yīng)速度。然而，白熾燈不允許振動(dòng)和延長(zhǎng)使用時(shí)間，因此不適用于有嚴(yán)重沖擊和振動(dòng)的場(chǎng)合［2］。

使用單色光源（即綠色或紅色LED）的色標(biāo)傳感器，就其原理來說并不是檢測(cè)顏色，它是通過檢測(cè)色標(biāo)對(duì)光束的反射或吸收量與周圍材料相比的不同而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的，所以，顏色的識(shí)別要嚴(yán)格與照射在目標(biāo)上的光譜成分相對(duì)應(yīng)［3］。

一般RGB傳感器都有紅、綠、藍(lán)3種光源，3種光通過同一透鏡發(fā)射后被目標(biāo)物體反射，光被反射或吸收的量值取決于物體顏色。RGB 傳感器有兩種測(cè)量模式：一種是分析紅、綠、藍(lán)光的比例；另二種是利用紅、綠、藍(lán)三基色的反射光強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的。而馬可西尼包裝線有若干種不同外觀的產(chǎn)品要在同一生產(chǎn)線上完成包裝，為區(qū)別種類，需要一個(gè)能檢測(cè)不同顏色紙盒的傳感器，并且還要求能對(duì)一種顏色到另一種顏色的快速變化產(chǎn)生快速響應(yīng)。在這里，速度不是主要因素，顏色檢測(cè)的可靠性最重要，必須為100%的正確率，所以，在這種場(chǎng)合最好選用RGB傳感器［4］。

綜上所述，決定選用RGB 傳感器，經(jīng)過與KEYENCE 公司聯(lián)系，有最新型RGB 數(shù)字光纖傳感器CZ-V20 系列與RGB 數(shù)字光纖傳感器CZ 系列，價(jià)格較貴，成本高，現(xiàn)庫存有舊型號(hào)的CZ-K1P的RGB傳感器也可以使用。為了節(jié)約成本，就選定該公司舊型號(hào)為CZ-K1P的RGB的傳感器，舊型號(hào)如果可以調(diào)試成功，更新系列的RGB 傳感器就可以廣泛地應(yīng)用。CZ-K1P的RGB傳感器光學(xué)原理如圖1所示。

圖1 RGB 傳感器光學(xué)原理

該傳感器具有的特點(diǎn)：內(nèi)設(shè)高精度三倍12bit數(shù)/模變頻器、300μs高速響應(yīng)、內(nèi)藏自穩(wěn)定器、8色設(shè)定值及外部調(diào)諧?；谝陨咸攸c(diǎn)及備件供應(yīng)方面的考慮，最終決定使用型號(hào)為CZ-K1P的RGB傳感器。

2 控制器及顯示面板的選定

在馬可西尼紙盒機(jī)里已經(jīng)安裝有ALLENBRADLEY 公司的PLC 5/11 型的可編程序控制器產(chǎn)品和PANELVIEW 600的操作員界面，它們之間提供RS-232 通信接口，如果能夠順利調(diào)試成功，到目前，最新的各種PLC 都是以太網(wǎng)通信方式，就更容易實(shí)現(xiàn)所需要的功能。

基于以上PLC和PanelView600的特點(diǎn)及出于減少設(shè)備的考慮，決定選用PLC5/11和PanelView600作為顏色傳感器信號(hào)處理的邏輯控制器和人機(jī)對(duì)話界面。

3 接線及編程

3.1 如何安裝接線

因?yàn)镃Z-K1P傳感器的工作電壓為12～24VDC，輸出電壓為5～40VDC，最高工作電流為100mA，可以與PLC5的輸入模塊相匹配，因此，該傳感器的輸出信號(hào)可直接接入PLC5的輸入模塊。當(dāng)設(shè)備電源送上后，該傳感器一直處于檢測(cè)狀態(tài)，它的信號(hào)則是利用紙盒機(jī)的PLC中的周期信號(hào)設(shè)定出一個(gè)時(shí)間窗口來取用，因此，傳感器不需要觸發(fā)信號(hào)，這就不需要再安裝一個(gè)傳感器以產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。該傳感器還可儲(chǔ)存數(shù)個(gè)預(yù)設(shè)值，此預(yù)設(shè)值可由外部信號(hào)來觸發(fā)，但在這個(gè)項(xiàng)目里，檢測(cè)的目標(biāo)是不變的，因此不需使用這個(gè)預(yù)設(shè)功能，所以，實(shí)際上并沒有使用該傳感器的輸入電路。CZ系列傳感器可安裝在能精確檢測(cè)振動(dòng)目的較遠(yuǎn)距離處，即便是目標(biāo)大小發(fā)生變化，也無需調(diào)整傳感器的位置［5］。

經(jīng)過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)顏色傳感器對(duì)防偽標(biāo)簽的檢測(cè)值（約在920）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)紙盒表面的檢測(cè)值（約700），因此，只需將顏色傳感器的設(shè)定值設(shè)在800左右，就可以有效地區(qū)分是否貼有防偽標(biāo)簽的紙盒。以下為傳感器的設(shè)置步驟。

（1）用手搖柄將一紙盒移到傳感器探測(cè)頭之下，使探測(cè)光斑位于紙盒上。（2）此時(shí)，傳感器LCD 上顯示一數(shù)值，左右移動(dòng)紙盒，使光斑在紙盒面上左右移動(dòng)（防偽標(biāo)簽區(qū)域除外），LCD上的數(shù)值會(huì)隨光斑在紙盒面上位置不同而上下波動(dòng)，取其最高數(shù)值并記錄下來。（3）將光斑移動(dòng)至防偽標(biāo)簽上，使光斑在防偽標(biāo)簽內(nèi)左右輕微移動(dòng)，讀取LCD上的數(shù)字并將最高數(shù)值記錄下來。（4）計(jì)算出兩個(gè)數(shù)值之間的中間值，即為需要的設(shè)定值。例如，防偽標(biāo)簽區(qū)域外的最高數(shù)字為700，防偽標(biāo)簽區(qū)域內(nèi)的最高數(shù)字為940，則所需的傳感器設(shè)定值應(yīng)該為：（700+940）/2=820。（5）按傳感器放大器右上角的“MODE”按鈕一下，LCD 上的數(shù)字開始閃爍。（6）按LCD顯示屏左側(cè)的上/下按鈕，將閃爍中的數(shù)字調(diào)整到所需的設(shè)定值。（7）再按一次“MODE”按鈕，LCD 上數(shù)字恢復(fù)正常，設(shè)置完畢。

調(diào)試過程中，需要注意的是，放大器右下角“SET”設(shè)定鍵為傳感器自動(dòng)設(shè)置時(shí)使用，在當(dāng)前狀況下，不推薦使用，以免造成誤剔除率過高或其他故障。DIP 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為：1、2、4：OFF，3：ON，即COLOR，兩點(diǎn)校正，高精度模式。

在一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)，顏色傳感器將始終處于檢測(cè)狀態(tài)，但PLC只在特定時(shí)間窗口內(nèi)取用傳感器的信號(hào)。在此時(shí)間窗口內(nèi)，只要傳感器的信號(hào)觸發(fā)一次，則設(shè)備就認(rèn)定已經(jīng)有防偽標(biāo)簽經(jīng)過傳感器了，因?yàn)榉纻螛?biāo)簽的檢測(cè)值要比設(shè)定值高，因此，當(dāng)貼有防偽標(biāo)簽的紙盒經(jīng)過傳感器時(shí)，傳感器就將被觸發(fā)，并同時(shí)向PLC輸出一個(gè)脈沖。當(dāng)在特定時(shí)間窗口內(nèi)檢測(cè)到防偽標(biāo)簽時(shí)，PLC自動(dòng)屏蔽掉報(bào)警信號(hào)。如果在特定時(shí)間內(nèi)沒有得到傳感器的觸發(fā)信號(hào)，則PLC 就認(rèn)定經(jīng)過的紙盒沒有貼上防偽標(biāo)簽，PLC 將同時(shí)激活報(bào)警信號(hào)和一個(gè)移位信號(hào)，但設(shè)備不停機(jī)，報(bào)警信號(hào)將使PanelView 的故障顯示屏顯示故障信息，以及讓一個(gè)錯(cuò)誤產(chǎn)品計(jì)數(shù)器和連續(xù)故障次數(shù)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，錯(cuò)誤產(chǎn)品計(jì)數(shù)器僅是讓操作員面板顯示錯(cuò)誤產(chǎn)品的數(shù)量，操作工可利用面板上設(shè)置的軟按鈕對(duì)數(shù)量進(jìn)行復(fù)位清零，連續(xù)故障次數(shù)計(jì)數(shù)器則是對(duì)防偽標(biāo)簽粘貼故障的連續(xù)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)該故障連續(xù)出現(xiàn)3次，則計(jì)數(shù)器將發(fā)出一個(gè)信號(hào)使設(shè)備停機(jī)，同時(shí)在操作員面板上顯示該故障連續(xù)出現(xiàn)，移位信號(hào)則跟隨產(chǎn)品的移動(dòng)進(jìn)行移位，當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)剔除氣缸時(shí)，移位信號(hào)將使剔除氣缸動(dòng)作，將沒有貼防偽標(biāo)簽的紙盒剔除。

人機(jī)界面根據(jù)以上不同錯(cuò)誤信號(hào)顯示的錯(cuò)誤信息有：（1）單個(gè)防偽標(biāo)簽粘貼錯(cuò)誤的故障顯示；（2）連續(xù)3個(gè)防偽標(biāo)簽粘貼錯(cuò)誤的故障顯示；（3）錯(cuò)誤產(chǎn)品的計(jì)數(shù)。此外，為便于維護(hù)，還在程序中增加了一個(gè)屏蔽開關(guān)，如果有必要，則可以打開屏蔽開關(guān)，這時(shí)，傳感器將不起檢測(cè)作用。

3.2 設(shè)備調(diào)試

在一段時(shí)間試用后，生產(chǎn)部門發(fā)現(xiàn)在生產(chǎn)特定產(chǎn)品時(shí)傳感器總是容易出現(xiàn)誤判斷，經(jīng)過仔細(xì)檢查和試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，由于紙盒表面顏色的不同，導(dǎo)致了有些顏色的檢測(cè)值超過變色油墨的檢測(cè)值，但又有些顏色的檢測(cè)值低于變色油墨的檢測(cè)值，造成傳感器誤判斷。藍(lán)色背景的平均檢測(cè)值為700 多，品紅色的平均檢測(cè)值為900多，變色油墨的檢測(cè)值剛好處于這兩者之間（平均檢測(cè)值為800多）。

在經(jīng)過與各有關(guān)人員討論之后，在不增加傳感器數(shù)量的同時(shí)，做了以下改進(jìn)：在產(chǎn)品轉(zhuǎn)換時(shí)，將紙盒顏色的信息隨產(chǎn)品信息一起輸入電腦，在PLC 內(nèi)對(duì)顏色的信息進(jìn)行識(shí)別，讓不同的顏色信息適用不同的邏輯判斷程序。之前的傳感器檢測(cè)窗口過大，擴(kuò)大了傳感器的檢測(cè)范圍，雖然可以減少傳感器的誤剔除量，但同時(shí)也提高了傳感器檢測(cè)到噪聲信號(hào)的可能性，因此，還對(duì)傳感器的檢測(cè)窗口進(jìn)行了調(diào)整，盡可能縮小傳感器的檢測(cè)窗口，同時(shí)調(diào)整了傳感器的設(shè)定值［6］。圖2顯示了紙袋紙盒背景顏色與防偽標(biāo)簽的相對(duì)位置，圖中為傳感器的檢測(cè)窗口。

圖2 防偽標(biāo)簽及紙袋紙盒的檢測(cè)窗口

在調(diào)整之后，又經(jīng)過幾周的運(yùn)行，傳感器運(yùn)行良好，沒有再出現(xiàn)誤判斷的情況。經(jīng)過生產(chǎn)部門的確認(rèn)，馬可西尼包裝線適用防偽標(biāo)簽的改造項(xiàng)目順利完成。

4 結(jié)語

在這個(gè)項(xiàng)目中，當(dāng)RGB顏色傳感器遇到難以解決的困難時(shí)，PLC就顯示出它編程靈活的特點(diǎn)來，可以通過PLC 豐富的指令系統(tǒng)，根據(jù)輸入的不同進(jìn)行邏輯判斷，從而輸出正確的結(jié)果，這比傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的功能更為強(qiáng)大、適應(yīng)面更廣，同樣的方式方法可以廣泛應(yīng)用到食品、化工、包裝等行業(yè)中。