配料是生产过程中的一道重要工序, 配料的准确与否将直接影响产品的最终性能。在粘胶生产中, 不同规格的粘胶需要不同的配方, 而在实际生产过程中每种配方又含有几种或几十种原料。目前, 许多企业采用的人工配料方式不但效率低, 而且易出错, 已经不能满足现代工业生产的需要[1]。

配料系统中的原料管理与仓储管理互为关联。在传统仓储管理模式下, 物料进出库较为随意, 由人工管理的库存物品信息登记不仅容易出错, 还会影响物品的出库速度, 造成库存物品的损失[2]。一旦出现问题, 查找原因和追究责任也较为困难。企业生产过程中, 一般要求原料的使用遵循“先入先用”的原则。目前, 人工管理无法确保工人在领料和使用中严格执行该原则。

为了解决上述问题, 本文根据某粘胶生产企业的生产管理要求, 开发了基于条码技术的配料生产控制及仓储管理系统。该系统通过入库管理、出库管理、报表生成管理等功能模块, 实现了仓库的综合管理;通过条码技术, 能够自动选择最优先使用的物料, 并实现了加料自动控制及其作业管理的信息存储。这对于提高企业仓储管理的质量和效率, 降低企业库存成本, 实现配料的精确控制及提升企业市场竞争力具有一定作用。

可编程逻辑控制器 (programmable logic controller, PLC) 具有体积小、功能强、编程简单、维护方便、可靠性高等优点, 但人机对话不方便[3]。触摸屏是连接操作人员和机器设备之间的桥梁, 其接收操作人员发出的命令和设置参数, 并实时监控PLC的I/O状态与系统运行过程。条码技术是在计算机技术与信息技术基础上发展起来的新兴技术。条码是一种通过宽窄不同的黑白直线条纹的组合来表示数字或字母的特殊编码, 具有准确率高、成本低、制作简单、使用方便等优点, 是目前较经济、实用的自动识别技术。组态王是国内开发较早的一种开放型通用工控软件, 其充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点, 有利于二次开发。

在综合PLC、触摸屏、条码技术与组态王特点的基础上, 设计了基于条码技术的配料生产控制及仓储管理系统。系统结构如图1所示。

图1 系统结构图Fig.1 Structure of the system  下载原图

原料进厂后, 首先按一定格式编制条码, 并将条码信息录入仓储管理系统中;然后, 打印条码标签, 并将其粘贴到原料桶上。工人领料时, 必须先在计算机管理系统中查找到该类型物料的最优条码, 即最早入库的该类型物料条码;然后, 通过条码读码器, 将领用信息存储到系统相应的数据库中。

上位组态监控系统主要完成以下任务:首先, 通过RS-485接口读取并显示PLC寄存器中的值;然后, 向PLC发送每种物料的最优条码;最后, 将PLC上传的加料信息 (包含加料时间、物料名称、条码、加料质量和操作人员) 存入系统数据库, 以备查询。

生产现场的触摸屏与PLC之间通过RS-232接口实现通信, 触摸屏与现场条码读码器通过USB连接。加料生产时, 在触摸屏上选择物料名称并扫描所加物料的条码标签, 并与PLC寄存器中的最优条码进行比对。如条码不符, 即进行报警提示, 并覆盖加料启动按钮, 禁止加料生产, 从而确保原料按照“先入先用”原则被合理使用。当条码一致, 即可进入加料操作, 选择电磁阀并设置加料量。PLC接到触摸屏的指令信号后, 执行控制任务。PLC接收称重传感器信号, 控制现场电磁阀, 实现精确加料。每次的加料信息会实时存入计算机和触摸屏中, 并能以Excel的形式保存到触摸屏的外置硬盘上, 使数据处理更方便。

由于现场与上位机管理系统距离较远, 通信采用RS-485。由于计算机接口为RS-232、PLC通信接口为RS-485, 故必须在计算机串口处安装RS-485/RS-232转换器, 以解决通信接口匹配问题。考虑到粘胶生产现场的防爆要求, 在进行系统设计时, 除了控制柜、称重变送器、电磁阀采用防爆型以外, 信号线的连接也要采用防爆接线盒和防爆软管。

条码分为一维条码和二维条码。一维条码只是在一个方向 (一般是水平方向) 表达信息, 而在另一方向 (一般是垂直方向) 不表达任何信息。一维条码可以提高信息录入的速度、降低差错率。但是一维条码也存在一些不足之处:数据容量较小、只能包含字母和数字, 条码遭到损坏后便不能阅读。二维条码是在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码。这种条码可以用来表示数据文件 (包括汉字文件、图像等) 。其虽保密性好, 但成本高[4]。从企业生产的实际要求和降低成本考虑, 本系统选用一维条码。

一个完整的一维条码由两侧空白区、起始字符、数据字符、校验字符 (可选) 、终止字符及供人识读的字符组成。不同类型的条码, 有不同的码制和编码方法。条码编码方法有2种: (1) 宽度调节法, 例如39码、库德巴条码和交叉25码; (2) 模块组配法, 例如通用商品条码 (EAU码和UPC码) 、93码、EAN128码[5]。本系统采用EAN128码。

生产原料进厂后, 必须对原料进行入库操作。根据原料的入库时间、种类、批次, 对原料进行编码设置并粘贴标签;同时, 将条码信息上传至计算机管理系统进行入库处理, 并更新库存。

为了进行质量跟踪, 需要能根据条码追查到具体原料。因此, 每个原料的条码必须唯一[6]。条码共12位。条码标签显示的信息包括:生产日期、物料名称、批次。条码格式如图2所示。

图2 条码格式图Fig.2 Bar code format  下载原图

图2中:第1~6位为生产日期, 例如2016年9月5日的编码为160905;第7~10位为物料名称, 出于保密考虑, 厂方将几十种生产原料名称用字符表示, 物料名称不满4个字符, 则第10位用空格代替;例如E888、A09、H15等;第11~12位为原料批次, 从01开始, 用来区分1天内购进的同种原料。该编码方式既保证了条码的唯一性, 又具有一定的灵活性。

领用物料时, 首先在上位机中查看所有库存物料的余量、条码和最近使用时间等信息。然后, 查找每种物料的最优条码, 并且将查询到的最优条码信息发送至生产现场, 以便加料生产时判别。最后, 工人根据最优条码到仓库领取物料。工人领料时, 必须用条码读码器扫描物料上的条码, 以进一步确认领取的物料是否正确。如果领取物料条码与最优条码不一致, 则出现报警提示。工人领取物料的信息会上传至计算机管理系统并存入数据库中, 以便管理员查询。在出库管理中, 还具有手动清除现场最优条码信息和实时显示现场工作状态的功能。

系统管理模块主要功能如下。

(1) 权限管理:实现按角色分配用户名, 并按业务分配用户权限。

(2) 密码管理:为所有用户设置初始密码。

(3) 条码管理:当某种物料用尽后, 系统会自动删除该物料的对应条码, 并自动更新该类型物料的最优条码号。系统管理员也可根据实际情况手动删除条码信息。

任何物料都有唯一的条码标签, 其入库、出库以及每次加料的信息均存储在上位机的数据库中。通过管理软件, 管理员可按条件 (如条码、物料名称、操作时间、操作人员) 查询物料;可方便地查看某物料从进货入库到领料出库, 以及使用消耗的完整过程;还可查看该物料当前余量。

SQL访问管理器用来建立数据库列和组态王变量之间的联系[7], 包括建立表格模板和记录体这2部分功能[8]。通过表格模板, 可在数据库表中建立表格;通过记录体, 可建立数据库表格列和组态王之间的联系, 允许组态王通过记录体直接操纵数据库中的数据。

(1) 创建ACCESS数据库。

本系统具有以下功能:选择最优条码、查看物料余量和查询加料记录。首先, 创建名为“mydata.accdb”的空数据库, 并在“mydata.accdb”中建立3张表:tableone、tabletwo、tablethree。

(2) 建立ODBC数据源。

在“控制面板”中打开ODBC数据源管理器, 选择“用户DSN”选项卡, 设置数据源名为“mine”, 选择数据库“mydata.accdb”, 即可完成数据源配置。

(3) 创建表格模板和记录体

在组态王工程浏览器中分别创建名为“tableone”、“tabletwo”、“tablethree”的表格模板和名为“bind1”、“bind2”、“bind3”、“bind11”、“bind21”、“bind22”的记录体。

表格模板和记录体对应表如表1所示。其中, “bind11”用于实时更新物料余量;“bind22”用于记录物料使用过程;“bind3”用于查询最优条码。

表1 表格模板和记录体对应表Tab.1 Correspondence table of form templates and records  下载原图

本系统触摸屏的型号是威纶通MT6103ip。其监控界面采用Easy Builder Pro软件设计。该软件是一款功能强大且操作简单的人机界面设计软件, 可以开发操作界面。触摸屏界面主要由开机界面、历史数据查询界面、系统管理界面和加料控制界面组成。各个界面相互之间都有画面切换按键[9]。触摸屏软件流程如图3所示。

图3 触摸屏软件流程图Fig.3 Flowchart of touch screen software  下载原图

(1) 开机界面。

操作工人根据自己的工号和密码进入开机界面。

(2) 历史数据查询界面。

管理员可查询每天工人加料生产的完整过程。

(3) 系统管理界面。

管理员可以修改用户名和密码, 修正系统时间、管道残液, 启停报警画面。

(4) 加料控制界面。

在选择所加物料类型后, 即可进入加料控制界面。该界面可自动显示当前物料名称、最优条码和当前质量。在触摸屏的软件设计中, 需要通过宏指令实现加料条码与最优条码的比对。当工人进行加料操作时, 首先必须用无线扫描枪读取物料条码信息。如果该物料条码与最优条码不同, 则触摸屏上会出现报警窗口, 并遮挡住“加料启动”按钮, 从而禁止加料生产。如果条码相符, 则可设定加料量和选择电磁阀。最后, 点击“加料启动”按钮, 即可自动控制加料。由此可见, 通过条码比对, 可避免工人的不合理操作。

从企业实际需求出发, 在综合条码、组态王、PLC与触摸屏技术特点的基础上, 本文设计了基于条码技术的配料生产控制及仓储管理系统。通过组态王软件, 开发了仓储管理系统;利用条码技术, 可自动选择最优先使用的物料;采用PLC和触摸屏, 实现了加料的自动精确控制。该系统降低了手工录入的失误率, 实现了仓库管理和出入库作业的自动化, 为原料溯源提供了保障, 也可防止工人在生产现场误操作, 提高了生产效率。该系统具有较好的应用前景和较高的推广价值。