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配料是生產(chǎn)過程中的一道重要工序, 配料的準確與否將直接影響產(chǎn)品的最終性能。在粘膠生產(chǎn)中, 不同規(guī)格的粘膠需要不同的配方, 而在實際生產(chǎn)過程中每種配方又含有幾種或幾十種原料。目前, 許多企業(yè)采用的人工配料方式不但效率低, 而且易出錯, 已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要[1]。

配料系統(tǒng)中的原料管理與倉儲管理互為關(guān)聯(lián)。在傳統(tǒng)倉儲管理模式下, 物料進出庫較為隨意, 由人工管理的庫存物品信息登記不僅容易出錯, 還會影響物品的出庫速度, 造成庫存物品的損失[2]。一旦出現(xiàn)問題, 查找原因和追究責任也較為困難。企業(yè)生產(chǎn)過程中, 一般要求原料的使用遵循“先入先用”的原則。目前, 人工管理無法確保工人在領(lǐng)料和使用中嚴格執(zhí)行該原則。

為了解決上述問題, 本文根據(jù)某粘膠生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)管理要求, 開發(fā)了基于條碼技術(shù)的配料生產(chǎn)控制及倉儲管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過入庫管理、出庫管理、報表生成管理等功能模塊, 實現(xiàn)了倉庫的綜合管理;通過條碼技術(shù), 能夠自動選擇最優(yōu)先使用的物料, 并實現(xiàn)了加料自動控制及其作業(yè)管理的信息存儲。這對于提高企業(yè)倉儲管理的質(zhì)量和效率, 降低企業(yè)庫存成本, 實現(xiàn)配料的精確控制及提升企業(yè)市場競爭力具有一定作用。

可編程邏輯控制器 (programmable logic controller, PLC) 具有體積小、功能強、編程簡單、維護方便、可靠性高等優(yōu)點, 但人機對話不方便[3]。觸摸屏是連接操作人員和機器設(shè)備之間的橋梁, 其接收操作人員發(fā)出的命令和設(shè)置參數(shù), 并實時監(jiān)控PLC的I/O狀態(tài)與系統(tǒng)運行過程。條碼技術(shù)是在計算機技術(shù)與信息技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新興技術(shù)。條碼是一種通過寬窄不同的黑白直線條紋的組合來表示數(shù)字或字母的特殊編碼, 具有準確率高、成本低、制作簡單、使用方便等優(yōu)點, 是目前較經(jīng)濟、實用的自動識別技術(shù)。組態(tài)王是國內(nèi)開發(fā)較早的一種開放型通用工控軟件, 其充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點, 有利于二次開發(fā)。

在綜合PLC、觸摸屏、條碼技術(shù)與組態(tài)王特點的基礎(chǔ)上, 設(shè)計了基于條碼技術(shù)的配料生產(chǎn)控制及倉儲管理系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of the system  下載原圖

原料進廠后, 首先按一定格式編制條碼, 并將條碼信息錄入倉儲管理系統(tǒng)中;然后, 打印條碼標簽, 并將其粘貼到原料桶上。工人領(lǐng)料時, 必須先在計算機管理系統(tǒng)中查找到該類型物料的最優(yōu)條碼, 即最早入庫的該類型物料條碼;然后, 通過條碼讀碼器, 將領(lǐng)用信息存儲到系統(tǒng)相應的數(shù)據(jù)庫中。

上位組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要完成以下任務:首先, 通過RS-485接口讀取并顯示PLC寄存器中的值;然后, 向PLC發(fā)送每種物料的最優(yōu)條碼;最后, 將PLC上傳的加料信息 (包含加料時間、物料名稱、條碼、加料質(zhì)量和操作人員) 存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫, 以備查詢。

生產(chǎn)現(xiàn)場的觸摸屏與PLC之間通過RS-232接口實現(xiàn)通信, 觸摸屏與現(xiàn)場條碼讀碼器通過USB連接。加料生產(chǎn)時, 在觸摸屏上選擇物料名稱并掃描所加物料的條碼標簽, 并與PLC寄存器中的最優(yōu)條碼進行比對。如條碼不符, 即進行報警提示, 并覆蓋加料啟動按鈕, 禁止加料生產(chǎn), 從而確保原料按照“先入先用”原則被合理使用。當條碼一致, 即可進入加料操作, 選擇電磁閥并設(shè)置加料量。PLC接到觸摸屏的指令信號后, 執(zhí)行控制任務。PLC接收稱重傳感器信號, 控制現(xiàn)場電磁閥, 實現(xiàn)精確加料。每次的加料信息會實時存入計算機和觸摸屏中, 并能以Excel的形式保存到觸摸屏的外置硬盤上, 使數(shù)據(jù)處理更方便。

由于現(xiàn)場與上位機管理系統(tǒng)距離較遠, 通信采用RS-485。由于計算機接口為RS-232、PLC通信接口為RS-485, 故必須在計算機串口處安裝RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換器, 以解決通信接口匹配問題。考慮到粘膠生產(chǎn)現(xiàn)場的防爆要求, 在進行系統(tǒng)設(shè)計時, 除了控制柜、稱重變送器、電磁閥采用防爆型以外, 信號線的連接也要采用防爆接線盒和防爆軟管。

條碼分為一維條碼和二維條碼。一維條碼只是在一個方向 (一般是水平方向) 表達信息, 而在另一方向 (一般是垂直方向) 不表達任何信息。一維條碼可以提高信息錄入的速度、降低差錯率。但是一維條碼也存在一些不足之處:數(shù)據(jù)容量較小、只能包含字母和數(shù)字, 條碼遭到損壞后便不能閱讀。二維條碼是在水平和垂直方向的二維空間存儲信息的條碼。這種條碼可以用來表示數(shù)據(jù)文件 (包括漢字文件、圖像等) 。其雖保密性好, 但成本高[4]。從企業(yè)生產(chǎn)的實際要求和降低成本考慮, 本系統(tǒng)選用一維條碼。

一個完整的一維條碼由兩側(cè)空白區(qū)、起始字符、數(shù)據(jù)字符、校驗字符 (可選) 、終止字符及供人識讀的字符組成。不同類型的條碼, 有不同的碼制和編碼方法。條碼編碼方法有2種: (1) 寬度調(diào)節(jié)法, 例如39碼、庫德巴條碼和交叉25碼; (2) 模塊組配法, 例如通用商品條碼 (EAU碼和UPC碼) 、93碼、EAN128碼[5]。本系統(tǒng)采用EAN128碼。

生產(chǎn)原料進廠后, 必須對原料進行入庫操作。根據(jù)原料的入庫時間、種類、批次, 對原料進行編碼設(shè)置并粘貼標簽;同時, 將條碼信息上傳至計算機管理系統(tǒng)進行入庫處理, 并更新庫存。

為了進行質(zhì)量跟蹤, 需要能根據(jù)條碼追查到具體原料。因此, 每個原料的條碼必須唯一[6]。條碼共12位。條碼標簽顯示的信息包括:生產(chǎn)日期、物料名稱、批次。條碼格式如圖2所示。

圖2 條碼格式圖Fig.2 Bar code format  下載原圖

圖2中:第1~6位為生產(chǎn)日期, 例如2016年9月5日的編碼為160905;第7~10位為物料名稱, 出于保密考慮, 廠方將幾十種生產(chǎn)原料名稱用字符表示, 物料名稱不滿4個字符, 則第10位用空格代替;例如E888、A09、H15等;第11~12位為原料批次, 從01開始, 用來區(qū)分1天內(nèi)購進的同種原料。該編碼方式既保證了條碼的唯一性, 又具有一定的靈活性。

領(lǐng)用物料時, 首先在上位機中查看所有庫存物料的余量、條碼和最近使用時間等信息。然后, 查找每種物料的最優(yōu)條碼, 并且將查詢到的最優(yōu)條碼信息發(fā)送至生產(chǎn)現(xiàn)場, 以便加料生產(chǎn)時判別。最后, 工人根據(jù)最優(yōu)條碼到倉庫領(lǐng)取物料。工人領(lǐng)料時, 必須用條碼讀碼器掃描物料上的條碼, 以進一步確認領(lǐng)取的物料是否正確。如果領(lǐng)取物料條碼與最優(yōu)條碼不一致, 則出現(xiàn)報警提示。工人領(lǐng)取物料的信息會上傳至計算機管理系統(tǒng)并存入數(shù)據(jù)庫中, 以便管理員查詢。在出庫管理中, 還具有手動清除現(xiàn)場最優(yōu)條碼信息和實時顯示現(xiàn)場工作狀態(tài)的功能。

系統(tǒng)管理模塊主要功能如下。

(1) 權(quán)限管理:實現(xiàn)按角色分配用戶名, 并按業(yè)務分配用戶權(quán)限。

(2) 密碼管理:為所有用戶設(shè)置初始密碼。

(3) 條碼管理:當某種物料用盡后, 系統(tǒng)會自動刪除該物料的對應條碼, 并自動更新該類型物料的最優(yōu)條碼號。系統(tǒng)管理員也可根據(jù)實際情況手動刪除條碼信息。

任何物料都有唯一的條碼標簽, 其入庫、出庫以及每次加料的信息均存儲在上位機的數(shù)據(jù)庫中。通過管理軟件, 管理員可按條件 (如條碼、物料名稱、操作時間、操作人員) 查詢物料;可方便地查看某物料從進貨入庫到領(lǐng)料出庫, 以及使用消耗的完整過程;還可查看該物料當前余量。

SQL訪問管理器用來建立數(shù)據(jù)庫列和組態(tài)王變量之間的聯(lián)系[7], 包括建立表格模板和記錄體這2部分功能[8]。通過表格模板, 可在數(shù)據(jù)庫表中建立表格;通過記錄體, 可建立數(shù)據(jù)庫表格列和組態(tài)王之間的聯(lián)系, 允許組態(tài)王通過記錄體直接操縱數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

(1) 創(chuàng)建ACCESS數(shù)據(jù)庫。

本系統(tǒng)具有以下功能:選擇最優(yōu)條碼、查看物料余量和查詢加料記錄。首先, 創(chuàng)建名為“mydata.accdb”的空數(shù)據(jù)庫, 并在“mydata.accdb”中建立3張表:tableone、tabletwo、tablethree。

(2) 建立ODBC數(shù)據(jù)源。

在“控制面板”中打開ODBC數(shù)據(jù)源管理器, 選擇“用戶DSN”選項卡, 設(shè)置數(shù)據(jù)源名為“mine”, 選擇數(shù)據(jù)庫“mydata.accdb”, 即可完成數(shù)據(jù)源配置。

(3) 創(chuàng)建表格模板和記錄體

在組態(tài)王工程瀏覽器中分別創(chuàng)建名為“tableone”、“tabletwo”、“tablethree”的表格模板和名為“bind1”、“bind2”、“bind3”、“bind11”、“bind21”、“bind22”的記錄體。

表格模板和記錄體對應表如表1所示。其中, “bind11”用于實時更新物料余量;“bind22”用于記錄物料使用過程;“bind3”用于查詢最優(yōu)條碼。

表1 表格模板和記錄體對應表Tab.1 Correspondence table of form templates and records  下載原圖

本系統(tǒng)觸摸屏的型號是威綸通MT6103ip。其監(jiān)控界面采用Easy Builder Pro軟件設(shè)計。該軟件是一款功能強大且操作簡單的人機界面設(shè)計軟件, 可以開發(fā)操作界面。觸摸屏界面主要由開機界面、歷史數(shù)據(jù)查詢界面、系統(tǒng)管理界面和加料控制界面組成。各個界面相互之間都有畫面切換按鍵[9]。觸摸屏軟件流程如圖3所示。

圖3 觸摸屏軟件流程圖Fig.3 Flowchart of touch screen software  下載原圖

(1) 開機界面。

操作工人根據(jù)自己的工號和密碼進入開機界面。

(2) 歷史數(shù)據(jù)查詢界面。

管理員可查詢每天工人加料生產(chǎn)的完整過程。

(3) 系統(tǒng)管理界面。

管理員可以修改用戶名和密碼, 修正系統(tǒng)時間、管道殘液, 啟停報警畫面。

(4) 加料控制界面。

在選擇所加物料類型后, 即可進入加料控制界面。該界面可自動顯示當前物料名稱、最優(yōu)條碼和當前質(zhì)量。在觸摸屏的軟件設(shè)計中, 需要通過宏指令實現(xiàn)加料條碼與最優(yōu)條碼的比對。當工人進行加料操作時, 首先必須用無線掃描槍讀取物料條碼信息。如果該物料條碼與最優(yōu)條碼不同, 則觸摸屏上會出現(xiàn)報警窗口, 并遮擋住“加料啟動”按鈕, 從而禁止加料生產(chǎn)。如果條碼相符, 則可設(shè)定加料量和選擇電磁閥。最后, 點擊“加料啟動”按鈕, 即可自動控制加料。由此可見, 通過條碼比對, 可避免工人的不合理操作。

從企業(yè)實際需求出發(fā), 在綜合條碼、組態(tài)王、PLC與觸摸屏技術(shù)特點的基礎(chǔ)上, 本文設(shè)計了基于條碼技術(shù)的配料生產(chǎn)控制及倉儲管理系統(tǒng)。通過組態(tài)王軟件, 開發(fā)了倉儲管理系統(tǒng);利用條碼技術(shù), 可自動選擇最優(yōu)先使用的物料;采用PLC和觸摸屏, 實現(xiàn)了加料的自動精確控制。該系統(tǒng)降低了手工錄入的失誤率, 實現(xiàn)了倉庫管理和出入庫作業(yè)的自動化, 為原料溯源提供了保障, 也可防止工人在生產(chǎn)現(xiàn)場誤操作, 提高了生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)具有較好的應用前景和較高的推廣價值。