基于条码扫描的陶瓷泥坯自动分配搬运生产线控制系统

李泽 莫庆龙

基于条码扫描的陶瓷泥坯自动分配搬运生产线控制系统

李泽 莫庆龙

（广东省智能制造研究所）

针对卫浴陶瓷产品生产过程中，原有生产管理控制系统与后续升级改造的自动化生产线控制系统之间存在互相独立、前后脱节、缺乏兼容，导致无法实现产品品质管控与生产追溯的问题。基于条码扫描系统，结合原有生产管理控制系统与自动化生产线控制系统，设计基于条码扫描的陶瓷泥坯自动分配搬运生产线控制系统，实现升级改造的自动化生产线控制系统与原有生产管理控制系统的对接，为卫浴陶瓷行业产线的自动化升级改造提供支持。

条码扫描；生产线控制系统；数据库

0 引言

随着生活水平的不断提高，人们对卫浴陶瓷的需求量日益增长。在卫浴陶瓷的生产过程中，坯体修磨、喷釉等核心工序大多采用人工作业的方式，生产环境恶劣、生产效率低、质量稳定性差等问题极大制约了企业发展[1]。目前，基于机器人和柔顺控制等技术建立的机器人修磨、喷釉自动化生产线已在实际生产中得到应用[2]。同时，生产厂家借鉴国外先进管理理念，引入生产管理控制系统对生产过程进行监控及管理。但由于技术服务提供商及引入时间不同，生产管理控制系统与自动化生产线控制系统之间出现了脱节，这是自动化升级改造需要面对的一个难题。

本文根据实际生产需求，基于条码扫描系统，上层调用原有生产管理控制系统及数据库预留接口，下层衔接自动化生产线控制系统，设计开发了基于条码扫描的陶瓷泥坯自动分配搬运生产线控制系统，解决了原有生产管理系统与升级改造的自动化产线控制系统的不兼容问题。

1 系统设计目标

基于条码扫描的陶瓷泥坯自动分配搬运生产线控制系统，根据生产管理控制系统制定的生产计划及指定的生产班组，控制待加工泥坯运送到工作站进行修磨，修磨完成后搬运至指定生产班组负责的生产线体进行后续加工。首先，通过生产管理控制系统设置批次产品的条码区段、加工工序以及生产班组；然后按照既定工序生产并有唯一指定的条码信息贴于产品上。利用生产管理控制系统和生产数据库所开放的接口，开发备份数据库。此数据库定时更新生产信息，以防厂区内网络不畅而对生产带来影响并减少带宽占用。陶瓷泥坯自动分配搬运生产线控制系统通过条码扫描系统读取待加工陶瓷泥坯的条码信息；然后查询线体主机上的备份数据库，根据既定工序及生产班组设定，调整输送待加工陶瓷泥坯的下一道工序生产线号，并将生产信息指令发送给生产线线体控制系统；线体控制系统控制搬运机器人及打磨机器人对待加工陶瓷泥坯进行生产加工[3]。

2 系统组成

基于条码扫描的陶瓷泥坯自动分配搬运生产线控制系统根据功能分为4个子系统：产品条码扫描系统、产品数据库查询系统、产线线体控制系统和产线自动分配系统[4]，如图1所示。

2.1 产品条码扫描系统

产品条码扫描系统由无线式条码扫描头和条形码接收控制器2部分组成。无线式条码扫描头对产品条码扫描后，将条码信息数据传送至条码接收控制器。条码接收控制器根据设置的输出格式对收到的条码信息重编码，再以USB接口形式通过虚拟串口转换将数据发送至电脑主机，如图2所示。采用此方式仅占用上位机USB接口，不需占用串行接口，可支持多个扫描器同时接入。

图1 基于条码扫描陶瓷泥坯自动分配搬运生产线控制系统组成框图

图2 产品条码扫描系统与上位机连接方式示意图

2.2 产品数据库查询系统

在产线线体的主机上开发产品数据库，采用MySQL创建本地数据库，通过TCP/IP协议与服务器主机进行通讯。以产品条码为主键将解析完毕的数据在本地数据库中进行插入、更新等操作。本地数据库定时与服务器主机数据库同步更新，防止因网络或服务器维护而影响正常生产，同时也有效提高了企业内部网络的利用率，避免大批量数据频繁更新增加内部网络负担。产品数据库数据存储类别如图3所示。

2.3 产线线体控制系统

产线线体控制系统采用PLC为控制器，通过DP通讯方式与FANUC机器人通讯；通过Sockets协议与上位机通讯；通过I/O模块接收线体上传感器信号。PLC接收产线自动分配系统发出的数据，并根据数据内容调用不同程序块，每个程序块对应相应生产线体的动作。

图3 产品数据库数据存储类别构成

2.4 产线自动分配系统

产线自动分配系统是本系统的核心部分，配合产品数据库查询系统使用。产线自动分配系统接收产品条码扫描系统传输回来的产品条码；然后调用产品数据库查询系统查询条码，并读取数据；接着根据自动分配规则将产品分配给相应生产班组的对应产线；最后将控制信息发送给产线线体控制系统，产线线体控制系统控制设备及机器人完成动作。

根据以上设计，开发了产品自动分配系统控制软件。为提升查询速度，软件可直接调用产品数据库。通过以太网与产线线体控制系统进行通讯，从而实现基于条码扫描的陶瓷泥坯自动分配搬运生产线控制系统的控制。产线自动分配系统的工作处理流程如图4所示。

图4 产线自动分配系统的工作处理流程

3 系统实现

3.1 产品条码扫描系统实现

条码扫描控制器以串行通讯模式，发送包含条形码信息的报文给上位机。为增强系统的通用性与便利性，本文使用USB接口通过虚拟串口转换连接至工控机，实时接收条码信息。此方法可同时接收多组条码信息。因需要实时接收条码信息，所以设置数据缓冲器，以代理的形式对使用的虚拟端口进行监听。此部分功能实现的伪代码为：

//串口实例化

SerialPort serialPort1 = new SerialPort ("COM1", 115200, Parity.None, 8, StopBits.One);

SerialPort serialPort2 = new SerialPort ("COM2", 115200, Parity.None, 8, StopBits.One);

//初始化委托事件

public delegate void Displaydelegate1 (byte[] InputBuf1);

public delegate void Displaydelegate2 (byte[] InputBuf2);

数据缓冲区接收到数据后，触发功能函数，将产品条码整理变换，存储并显示，同时记录到生产日志备份文件中，以供特定情况下对生产信息进行查询。

3.2 产品数据库查询系统实现

使用MySQL开发产线线体本地数据库，每24 小时与服务器主机进行一次通讯。通过访问数据库服务器接口，接收json格式文件并进行解析；将解析后的数据转存为临时数据表格，以产品条码为主键进行数据库查询；根据临时表格对本地产品数据库中的数据进行操作。查询本地数据库数据截图如图5所示。

图5 本地产品数据库数据截图

3.3 产线线体控制系统实现

本系统采用2个PLC作为产线线体控制系统的控制器，1个主PLC同时控制4台FANUC机器人进行搬运及修磨操作；另一个从PLC控制线体运行。产线线体控制系统主PLC与上位机采用以太网方式连接，通过底层sockets协议与控制软件进行通讯。

PLC接口程序函数伪代码为：

public void LinkToPLC(string PLC_IP, int DBNumber, int Start)

{

PLC_Client client = new PLC_Client();

try{

byte[] probs = new byte[15];

byte[] Chebs = new byte[10];

byte[] Selbs = new byte[5];

if (productnumber_result != null && ChengXingXianHao_result != null)

{

probs = ASCII.GetBytes(productnumber_result);

Chebs =

ASCII.GetBytes(ChengXingXianHao_result);

Selbs =

BitConverter.GetBytes(selectGanPiXianHao);

int d = client.Connect ();

if (d == 0)

{

int a = client.DBWrite(DBNumber, Start, 15, probs);

int b = client.DBWrite(DBNumber, Start + 15, 10, Chebs);

int c = client.DBWrite(DBNumber, Start + 25, 5, Selbs);

if (a == 0 & b == 0 & c == 0)

{

textBox.Text = "条码写入成功";

}}

else MessageBox.Show("请检查PLC连接");

}

else MessageBox.Show("请输入条码并查询");

}

catch (Exception ex)

{throw ex;}

client.disconnect();

}

3.4 产线自动分配系统实现

产线自动分配系统作为衔接原生产管理系统和生产线体控制系统的核心部分，承担产品条码接收、产品数据库查询以及对产线PLC寄存器读写操作。本文开发的应用软件在集成以上功能的基础上，也支持操作人员对产线分配操作的功能，并可记录相关生产数据。该产线自动分配系统软件在Windows系统下，采用C#编程语言和.NET框架，在Visual Studio 2017环境开发。此应用软件实现了根据陶瓷泥坯的产品条码以及生产管理控制系统设定的生产规则，调配待加工陶瓷泥坯后续加工产线的功能。

产线自动分配系统软件截图如图6、图7所示。

图6 产线自动分配系统软件主界面

图7 生产线及生产班组信息

4 结语

基于条码扫描的陶瓷泥坯自动分配搬运生产线控制系统已成功应用于某陶瓷生产厂家的自动化生产线。系统运行稳定，有效提高了生产效率，使该厂原有生产管理控制系统与升级改造的自动化生产线控制系统实现了无缝衔接，解决了新老系统的不兼容问题。对企业提升生产和质量管理水平有较大帮助，同时为企业后续自动化、信息化改造奠定基础。

[1] 周谦,莫庆龙,刘作钿,等.卫浴行业机器人打磨系统的设计[J].机床与液压,2018,46(9):52-55.

[2] 周谦,莫庆龙,叶剑.高品质卫浴陶瓷的机器人喷釉工艺的研究与应用[J].中国陶瓷,2016,52(8):77-79.

[3] 马永平.智能机器人在陶瓷卫浴行业的推广应用[J].陶瓷, 2018(10):11-13.

[4] 张奕震,柳旭.陶瓷生产线配料自动控制系统[J].厦门大学学报(自然科学版),2006,45(4):509-512.

Control System of Ceramic Paste Automatic Distribution and Handling Production Line Based on Bar Code Scanning

Li Ze Mo Qinglong

(Guangdong Institute of Intelligent Manufacturing)

In the production process of the sanitary ceramics industry, the existing production management system and the upgraded control system of the automated production line are independent of each other, and thus affect the quality control and production traceability. Based on the barcode scanning system, combined with the original production management system and automated control system, this paper designs and develops a system, which is consistent of a barcode scanning system, an automatic distribution control system, a local database and an application software. The developed system provides support for the transformation and upgrading of the production line automation of the sanitary ceramics industry.

Bar Code Scanning; Production Line Control System; Database

李泽，男，1988年生，硕士，主要研究方向：运动控制及轨迹规划、多传感器融合技术等。E-mail: lzie110@163.com

莫庆龙，男，1984年生，大学本科，主要研究方向：工业机器人应用及智能装备系统集成、行业工艺应用。E-mail: ql.mo@giim.ac.cn