基于指纹技术的授权装置设计

尤拥宾　路畅　马梦蝶

摘 要：包装生产线中的金属检测器设计之初没有对放料环节进行限制，即使金属检测发出报警，废料没有正确处理，包装生产线仍然可以继续下一周期的放料，很难保证产品质量。针对该现象，本文以原有设备为基础，增设了授权装置，并提出了基于指纹技术的授权装置设计方法，进一步提高产品质量。

关键词：指纹技术;装置;授权

中图分类号：TP391.41文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）14-0047-03

Authorization Device Design Based on Fingerprint Technology

YOU Yongbin1 LU Chang1 MA Mengdie2

（1. Kaifeng Xinghua Fine Chemical Co.， Ltd.， China Pingmei Shenma Group，Kaifeng Henan 475000;2. School of Applied Science and Technology， Shangqiu University，Kaifeng Henan 475000）

Abstract： At the beginning of the design of the metal detector in the packaging production line， there was no restriction on the discharge link， even if the metal detector issues an alarm and the waste is not handled properly， the packaging production line can continue to unwind the next cycle， making it difficult to ensure product quality. In response to this phenomenon， based on the original equipment， this paper added an authorization device， and proposed an authorization device design method based on fingerprint technology to further improve product quality.

Keywords： fingerprint technology;device;authorization

企業中的包装车间通常都有一条自动化生产线，该类生产线通常包括称重、金属检测、打包等环节，前一工序生产完成的原料经过整条自动化包装生产后完成包装，然后进入销售环节[1]。但对于部分企业来说，由于创建时间较早，生产线设备型号较老，设计之初有些功能无法实现。针对这种情况，本文在已有包装生产线的基础上，设计了一种基于指纹技术的产线授权装置，用于弥补产线功能不足的情况。

1 现有工艺流程及要求

现有整条包装生产线主要由料仓、缓冲仓、闸板、定量秤、放料确认按键、闸板、金属检测器、蜂鸣器、传送轨道、PLC控制柜等部分组成，其产线结构如图1所示。

该产线结构中的定量秤、放料确认按键、金属检测器等为PLC控制柜的输入端，闸板、蜂鸣器、传送轨道为PLC控制柜的输出端。工作时，操作人员开启闸板1后，物料在重力的作用下进入缓冲仓，达到预定容量后，闸板1自动关闭。当定量秤中已称重完成的物料放料结束后，闸板2自动开启，缓冲仓中的物料进入定量秤，进行称重。达到预定重量后，闸板2关闭，等待放料信号。操作人员按下放料按键，系统接收到放料信号，开启闸板3，定量秤中的物料经过金属检测器检测后，通过下料口排出物料，物料排空后，闸板3关闭，系统进入下一个工作周期。

然而，金属检测器设计之初，没有加入实时的废料剔除装置，如果有异物混入其中，系统采用将已经称量完成的混合物料，通过下料口一次性排出的方式。由于系统设计时，没有对放料环节进行限制，因此即使金属检测发出报警，废料没有正确处理，包装生产线仍然可以继续下一周期的放料。这种工作方法掺杂了过多的人为因素，存在很多的不确定性，并且由于缺少监管的参与，很难保证产品质量。

基于上述原因，迫切需要一种设备，降低人为因素的不确定性，保证废料剔除环节的可靠性。但由于场地空间、整改预算等因素的限制，企业无法进行大规模的设备更新。所以，本文提出了一种基于指纹技术授权设备的实现方法，在保持原有设备功能的基础上，对金属检测、废料排出、放料确认等环节进行了限制，进一步提高了产品质量的安全性。

2 指纹识别技术

采用生物识别技术来验证用户的身份是一直以来被广泛关注的课题。基于生物特征的认证方式，依据个人所固有的生物特征，如指纹、虹膜、声音等进行认证。指纹生物特征具有普遍性、唯一性和永久性等特点，与传统的身份验证技术相比，生物识别技术不仅有许多独到的信息安全角度的优点，还具有很高的实用性和可行性。

近年来，随着各种生物特征采集器、传感器技术的发展，采集器、传感器设备价格非常便宜，指纹识别系统的实现成本不高，在实际应用中已经能够被接受，广泛的应用已开始成为现实，并具有一定的规模。

因此，本文基于该种技术在原有包装产线的基础上设计了相应的指纹授权环节，进一步保证产品质量。

3 实现方法

3.1 设计方案分析

原有设备中，金属检测器只给蜂鸣器输出一个报警信号，无法干预放料环节的操作。正是基于这一点，本文设计了一种授权设备，将金属检测环节与放料环节相关联[2]，如图2所示。

当金属检测器发现异物并排出废料后，授权设备将断开“放料确认”与“PLC控制器”之间的连接，迫使系统无法进行下个操作周期。只有当授权人员确认废料正确处理完成后，通过指纹验证的方式予以授权后，才能恢复“放料确认”与PLC控制器断开的连接，进行放料生产。工作流程如图3所示。授权设备加入了初始认证环节，当设备通电或重新启动后，必须首先进行指纹的授权认证，否则“放料确认”与“PLC控制器”之间的连接将一直处于断开状态，保证了整套系统的可靠性。

3.2 硬件选型与设计

指纹单元选用的是中控智慧的F18，基于ZEM720核心板卡、400MHZ主频，采用ZK光学指纹采集器、128 MB FLASH和32 MB RAM存储芯片，在保证高速识别的同时，提供了大容量的存储空间，拥有2.4寸彩色屏幕和良好的人机交互系统。驱动单元根据指纹单元与PLC系统信号的工作电压，选用了一个12 V直流和两个24 V直流继电器。该方案在保证工作稳定可靠的同时，尽可能地减小资金的投入。

授权系统原理如图4所示，其中，zkteco F18为指纹模块，SB1为解除报警按键，SB2为放料确认按键，KA1和KA2为24 V直流继电器，KA3为12 V直流继电器，ALR为蜂鸣器，Q 10.00为PLC系统输出的金检报警信号，I 00.00为输入PLC系统的放料确认信号。实物接线如图5所示。

首先通过指纹授权后，继电器KA3的线圈得电，接通放料确认按键与PLC之间的连接，便可进行正常生产。一旦接收到金属检测器的报警信号，继电器KA1的线圈得电，并通过触点的动作，迫使放料确认按键与PLC之间的连接断开，阻断放料信号进入PLC系统，并促使蜂鸣器发出报警。只有授权人员确认废料处理完成后，通过指纹验证，才能再次开启系统。对于KA2继电器的常开触点来说，断电后必须先通过指纹授权，才能开启系统进行放料操作，杜绝了人为断电所造成的产品质量隐患。

4 结语

本文在现有指纹技术的基础上，通过设计改造，在原有设備的基础上增设了指纹授权装置，进一步提高了操作者监管的参与，使产品的质量得到了进一步的保证，达到了指纹授权的目的。此外，投入资金低、难度小、易实现、易操作等也是这种设计方法的优点。除了文中所提及的放料产线外，类似产线均可采用这种设计方法来提升产品质量的监管水平。

参考文献：

[1]冯郅皓，严李强，潘旭，等.基于双重指纹的无线智能门锁系统设计[J].软件，2020（1）：1-6.

[2]车玉莹.设备安全操作之指纹授权开关[J].中外酒业·啤酒科技，2017（13）：40-42.