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

配料系統中的原料管理與倉儲管理互為關聯。在傳統倉儲管理模式下, 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]。一旦出現問題, 查找原因和追究責任也較為困難。企業生產過程中, 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料和使用中嚴格執行該原則。

為了解決上述問題, 本文根據某粘膠生產企業的生產管理要求, 開發了基于條碼技術的配料生產控制及倉儲管理系統。該系統通過入庫管理、出庫管理、報表生成管理等功能模塊, 實現了倉庫的綜合管理;通過條碼技術, 能夠自動選擇最優先使用的物料, 并實現了加料自動控制及其作業管理的信息存儲。這對于提高企業倉儲管理的質量和效率, 降低企業庫存成本, 實現配料的精確控制及提升企業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、可靠性高等優點, 但人機對話不方便[3]。觸摸屏是連接操作人員和機器設備之間的橋梁, 其接收操作人員發出的命令和設置參數, 并實時監控PLC的I/O狀態與系統運行過程。條碼技術是在計算機技術與信息技術基礎上發展起來的新興技術。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、使用方便等優點, 是目前較經濟、實用的自動識別技術。組態王是國內開發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。

在綜合PLC、觸摸屏、條碼技術與組態王特點的基礎上, 設計了基于條碼技術的配料生產控制及倉儲管理系統。系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖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中;然后, 打印條碼標簽, 并將其粘貼到原料桶上。工人領料時, 必須先在計算機管理系統中查找到該類型物料的最優條碼, 即最早入庫的該類型物料條碼;然后, 通過條碼讀碼器, 將領用信息存儲到系統相應的數據庫中。

上位組態監控系統主要完成以下任務:首先, 通過RS-485接口讀取并顯示PLC寄存器中的值;然后, 向PLC發送每種物料的最優條碼;最后, 將PLC上傳的加料信息 (包含加料時間、物料名稱、條碼、加料質量和操作人員) 存入系統數據庫, 以備查詢。

生產現場的觸摸屏與PLC之間通過RS-232接口實現通信, 觸摸屏與現場條碼讀碼器通過USB連接。加料生產時, 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, 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, 選擇電磁閥并設置加料量。PLC接到觸摸屏的指令信號后, 執行控制任務。PLC接收稱重傳感器信號, 控制現場電磁閥, 實現精確加料。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, 使數據處理更方便。

由于現場與上位機管理系統距離較遠, 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轉換器, 以解決通信接口匹配問題。考慮到粘膠生產現場的防爆要求, 在進行系統設計時, 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:數據容量較小、只能包含字母和數字, 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據文件 (包括漢字文件、圖像等) 。其雖保密性好, 但成本高[4]。從企業生產的實際要求和降低成本考慮, 本系統選用一維條碼。

一個完整的一維條碼由兩側空白區、起始字符、數據字符、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) 寬度調節法, 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]。本系統采用EAN128碼。

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

為了進行質量跟蹤, 需要能根據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, 用來區分1天內購進的同種原料。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條碼, 并且將查詢到的最優條碼信息發送至生產現場, 以便加料生產時判別。最后, 工人根據最優條碼到倉庫領取物料。工人領料時, 必須用條碼讀碼器掃描物料上的條碼, 以進一步確認領取的物料是否正確。如果領取物料條碼與最優條碼不一致, 則出現報警提示。工人領取物料的信息會上傳至計算機管理系統并存入數據庫中, 以便管理員查詢。在出庫管理中, 還具有手動清除現場最優條碼信息和實時顯示現場工作狀態的功能。

系統管理模塊主要功能如下。

(1) 權限管理:實現按角色分配用戶名, 并按業務分配用戶權限。

(2) 密碼管理:為所有用戶設置初始密碼。

(3) 條碼管理:當某種物料用盡后, 系統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條碼號。系統管理員也可根據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據庫中。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據庫列和組態王變量之間的聯系[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, 可在數據庫表中建立表格;通過記錄體, 可建立數據庫表格列和組態王之間的聯系, 允許組態王通過記錄體直接操縱數據庫中的數據。

(1) 創建ACCESS數據庫。

本系統具有以下功能:選擇最優條碼、查看物料余量和查詢加料記錄。首先, 創建名為“mydata.accdb”的空數據庫, 并在“mydata.accdb”中建立3張表:tableone、tabletwo、tablethree。

(2) 建立ODBC數據源。

在“控制面板”中打開ODBC數據源管理器, 選擇“用戶DSN”選項卡, 設置數據源名為“mine”, 選擇數據庫“mydata.accdb”, 即可完成數據源配置。

(3) 創建表格模板和記錄體

在組態王工程瀏覽器中分別創建名為“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

本系統觸摸屏的型號是威綸通MT6103ip。其監控界面采用Easy Builder Pro軟件設計。該軟件是一款功能強大且操作簡單的人機界面設計軟件, 可以開發操作界面。觸摸屏界面主要由開機界面、歷史數據查詢界面、系統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。

操作工人根據自己的工號和密碼進入開機界面。

(2) 歷史數據查詢界面。

管理員可查詢每天工人加料生產的完整過程。

(3) 系統管理界面。

管理員可以修改用戶名和密碼, 修正系統時間、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、最優條碼和當前質量。在觸摸屏的軟件設計中, 需要通過宏指令實現加料條碼與最優條碼的比對。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條碼不同, 則觸摸屏上會出現報警窗口, 并遮擋住“加料啟動”按鈕, 從而禁止加料生產。如果條碼相符, 則可設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。

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