基于组态王和PLC的自动扫描控制系统应用

2020-08-06陈代勋

有色设备 2020年3期

陈代勋

(大冶有色博源环保股份有限公司，湖北黄石 435000)

0 引言

公司从事废家电、电路板、废机电、电线电缆、废汽车等有色金属资源化拆解的“城市矿产”示范基地，环保拆解分类出再生铜、铝、镍、锡、铅、铁等金属送入熔炉。

当前，在废旧家电进行环保拆解时，因基金审核要求，需要出入库登记，并对登记信息及作业现场实时监控，数据传送省环保网。目前出库登记环节是废家电人工搬运上料，再扫描工配合，手持PDA扫描贴标条码，后台软件识别，人工验证后进入拆解区[1-3]。拆解线每个入料口工位安排一人扫描，需电视工位4个、洗衣机空调工位2个、冰箱工位1个，两班倒每天人员调配5～10人。不仅人工成本高、工作量大，而且费时效率低。该岗位要求细心负责，机械单调，规律可循，易被自动化技术替代。

1 工艺设计确定流程

工业物联网技术和自动化技术的成熟，市场上传感器等配件能达到技术要求，借鉴高速公路ETC、旅游排队ETC、公交地铁ETC等模式，为自主开发实践奠定基础。

考虑自动化扫描的整体需求，选用组态王上位机软件为服务器，下位机西门子PLC200smart CPU为控制中心[3]，建立控制终端电视扫描及冰箱洗衣机等工位7套。服务器实现每套扫描数据的读写，数据库及报表汇总，西门子PLC负责全部开关量读写、模拟量采集及程序联锁控制。PLC配置的扩展性和子程序的重复调用特点，先以低成本开发单套工位，调试完善投入运行后，再逐步推广类似的所有工位。以CRT电视拆解线作为样例(如图1所示)，阐述设计方案，确定工艺流程(如图2所示)。

1.电视 2.条码标签 3.扫描枪 4.测距传感器 5.控制面板 6.显示器 7.摄像头 8.控制柜PLC 9.工控机 S1.扫描输送带 S2.后输送带

搬运工将废旧电视搬到上料工位，电视屏有条码标签则面对扫描枪，推送至S1扫描输送带，进入4a测距传感器的有效范围。控制柜PLC采集4a传感器的模拟量信号，进行模数换算比较。当电视屏与扫描器为10～30 cm之间，扫描枪能以最佳信号识别二维码，PLC控制启动扫描器开关，启动扫描枪发出激光束开始工作。控制面板中绿灯亮(扫描枪工作)[4-5]。

推送电视时其标签随运动轨迹必会对准激光束(前期贴标高度已定位)。如果激光束未启动原因是电视与扫描枪不在最佳识别范围，只须调整间距，在测距内启动扫描器。如果激光束偏离标签定高，手动或自动启动步进电机工作使扫描枪上下移动，激光束有效射向标签。

当标签中二维码识别成功，扫描枪信号通过串口数据传送到组态王，显示器弹出条码信息和计数统计，同时扫描枪声光报警提醒和控制面板的红灯亮。组态王数据处理后传送信号给PLC，PLC关闭扫描枪激光束，同时启动S1扫描输送带，将已扫描电视送到下步工序。

S1扫描输送带尾端送出电视时，S2后输送带的前端安装4b测距(光电)传感器识别电视后，启动S2后输送带传送电视去拆解,脱离4b传感器时下降沿触发PLC控制S1短程输送带停止，同时白灯亮(起始状态)。S2后输送带也受拆解区电气控制。

S1传送与恢复起始状态时，搬运工同时又搬入第2台电视，循环扫描工序。搬运工通过触发激光束、扫描枪的识别声光报警、上位机的条码显示和计数统计、操作面板的指示灯状态及S1输送带启停。来判断验证成功及通过率，并有摄像头监控记录全程作业(环保基金审核要求)。工艺流程如图2所示。

图2 自动扫描工艺系统控制流程(电视拆解线为例)

2 配置选型控制功能

2.1 上位机软件

选择组态王6.6SP1版[6]，它具有画面仿真、实时显示、I/O过程控制、故障报警、数据库查询、报表统计等特性，还有网络站点、多客户机、WEB网络发布等功能。尤其是能兼容市面上绝大多数仪表、传感器等智能设备，适应多种网络协议，能满足该系统的全部要求。

2.2 可编程控制器PLC

根据规模和扩展性需求，选性价比高、成本低的小型西门子PLC S7-200smart。它的以太网优势完全取代了西门子S7-200，直接与触摸屏、上位机互联互通，减少网络模块。先以单工位做开发实验，前期投入低。计算工艺要求的开关量输入输出及模拟量点位,单套需DI10点、DQ7点、AI2点，选择CPU SR40, 模拟量输入EM AE08(8AI)。考虑7套项目总需求:再扩展EM DR32(16DI/16DR)开关量模块3块，EM AE08(8AI)模拟量模块1块。

2.3 扫描枪

扫描装置有手持式和固定式，也分有线扫描枪，无线扫描枪及PDA扫描枪。其中PDA是智能掌上电脑，安装操作系统和APP应用价格高。笔者选用Symbol无线扫描枪做实验模块。

2.4 测距传感器

配合扫描枪使其启动触发激光束的距离测量器,技术要求：测量范围5～100 cm、模拟量电流4～20 Ma、常开点1个、电源DC24v,介质是超声波、红外或激光等。

2.5 扫描输送带S1

拆解线前端改装，新增1.2 m皮带式或辊轮式输送机，受PLC启停变频调速控制。

2.6 控制面板

安装在上料扫描区，有各种状态的显示灯、按钮、声音提示电器元件。还有自动/零位/手动三种开关挡位，常规选用自动挡，搬运工无需操控，按状态自动识别运行；手动挡是通过不同按钮人工启停扫描枪、S1输送带及干预其他功能；零位指屏蔽各功能不受控制，用原人工手持PDA扫描枪工作。

3 编程组态软件调试

自动化系统编程先要建立扫描枪、传感器、PLC、组态王之间的通讯连接，再分类别和不同功能进行模块化编程，然后建立控制逻辑和程序联锁，在调试过程中不断优化，最后增加故障报警、数据显示和其他辅助功能。

3.1 组态王与Symbol无线扫描枪串口通讯

首先测试扫描枪与电脑的连接，无线枪由手持端和通讯底座组成，手持与底座是蓝牙通讯，无线距离10 m，底座与电脑USB连接，是PS/2接口协议，相当于扫描时光标直接弹出条码信息。参照说明书完成无线枪与通讯底座的配对，通过蜂鸣器的不同声音确认各种工作状态。但组态王无法与无线枪通讯，只能将扫描枪转换为串口或组态软件识别的协议。互联网搜寻安装无线枪的虚拟串口软件，再扫描配对USB转串口码。在电脑设备管理器→人体学输入设备→Communication Virtual Port COM→属性设置→波特率9 600，无校验，数据位8，停止位1→高级改串口COM3。然后组态王设置设备连接，定义设备→智能模块→通用扫描枪→BarCodeScanner→COM3→设备地址1。组态串口的通讯设置与扫描枪的虚拟串口保持一致。这样光标就接收不到扫描信号，扫描到的条码数据以字符串形式传送给组态王的变量寄存器。数据词典中设置变量，动画连接，测试扫描器能否正常通讯显示变量数据。

3.2 模块化PLC编程

分若干个模块功能编写子程序，再分别调用，缩短PLC扫描周期，优化编程结构，节省时间精力，还可建立库文件，为其他项目积累资源。(1)测距传感器的模拟量信号采集后，需在PLC做模数转换数据处理程序，再模块封包，外置变量接口。重复调用时只需设置输入输出对应接口参数和相应变量。(2)测距信号和设置范围比较，再控制扫描激光束启动，扫描数据传组态，返回信号控制PLC来停激光束，同时计数加1。如果重复扫描一个条码，比较数据一致，将不进行计数累加。(3)输送带的程序控制和联锁。(4)建立主程序和相关联锁关系，手动/自动程序编写。

3.3 人机画面

上位机组态画面，建立人机交互数据功能。对现场实时监测与控制，内置脚本支持定时、事件触发，指令外传的作用，对接省环保网ERP与PLC数据变量。内置报表系统，生成历史、实时数据库和数据报表。建立用户登录、权限管控、数据统计和打印导出文件等方便管理。现场作业对错码、坏标和无标等特殊情况可提供数据修正等功能。