王兵維 余 粟

(上海工程技術(shù)大學工程實訓中心)

復合通行卡自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)的設計①

王兵維 余 粟

(上海工程技術(shù)大學工程實訓中心)

針對生產(chǎn)落后和效率低的問題，提出了一個改進的復合通行卡自動化生產(chǎn)線方案。介紹系統(tǒng)的工作流程，設計集成化結(jié)構(gòu)布局，并完成了上、下位機系統(tǒng)的設計。試驗數(shù)據(jù)表明：該系統(tǒng)鐳射打碼合格率較高，打碼速度可達每張6s。

自動化生產(chǎn)線系統(tǒng) 復合通行卡 鐳射打碼 S7-200 PLC

目前，自動化生產(chǎn)線是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應用較多的生產(chǎn)設備[1]。傳統(tǒng)的中小型流水生產(chǎn)線[2,3]工作流程短、功能單一，勞動強度大，成本投入大[4]。為了提高復合通行卡生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，筆者以某射頻卡自動化生產(chǎn)線布局為研究對象，對它進行集成化結(jié)構(gòu)設計，解決工序分散的問題，實現(xiàn)集中化生產(chǎn)。該系統(tǒng)上位機軟件在VS2010平臺下使用C++語言編寫而成，實現(xiàn)參數(shù)設置、數(shù)據(jù)調(diào)用、硬件控制及鐳射打碼等功能。下位機采用PLC與各傳感器、驅(qū)動器等進行通信[5～7]。

1 系統(tǒng)工作流程

復合通行卡自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)由上位機監(jiān)控系統(tǒng)、下位機控制系統(tǒng)和相關(guān)外圍設備結(jié)合的綜合控制系統(tǒng)組成[8]。自動功能檢測與激光打碼設備是集復合卡讀寫器讀寫、打碼和檢測功能于一體的設備，基于點陣技術(shù)-點陣駐留技術(shù)，其自動功能檢測包括13.56MHz功能測試、433MHz出入口檢測及電池電量等，同時可對復合卡進行合格(OK)與不合格(NG)的分類打碼與自動剔除。系統(tǒng)具體工作流程如圖1所示。

2 集成化結(jié)構(gòu)布局設計

復合通行卡自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)集成化結(jié)構(gòu)設計采用模塊化結(jié)構(gòu)，如圖2所示，主要由人機界面、送卡單元、識別模塊、鐳射打碼模塊、檢測模塊和收卡單元組成。

圖1 復合通行卡自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)工作流程

圖2 模塊化結(jié)構(gòu)布局

人機界面位于整個機構(gòu)的上層，可以實現(xiàn)機器的開始、參數(shù)的更換及動作的快慢等節(jié)拍控制，完成調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)參數(shù)進行工作、觀測打碼時的動作及參數(shù)記錄等任務。系統(tǒng)工作時，先由送卡單元自動送卡，然后讀寫器識別模塊對復合通行卡的編號和讀寫單元進行識別，并讀寫復合卡中的信息。識別完成后進行鐳射打碼。檢測模塊負責檢測復合卡ID碼是否合格，合格在PC機上顯示OK，不合格顯示NG并進行標號分類整理，將信息存儲。同時，吸盤把不合格的復合卡吸出。最后收卡單元進行復合卡的收集。

3 復合通行卡自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)

3.1 上位機軟件系統(tǒng)設計

為了實現(xiàn)計算機與S7-200 PLC之間的管理和控制，S7-200 PLC對步進電機、變頻器和電缸的控制，系統(tǒng)采用上、下位機的主從控制結(jié)構(gòu)[9]。計算機作為上位機，通過工業(yè)控制軟件(C++語言編寫)實現(xiàn)計算機與S7-200 PLC的數(shù)據(jù)通信和系統(tǒng)監(jiān)控。通過S7-200 PLC高速脈沖輸出端發(fā)出頻率可調(diào)的高速脈沖來控制電機運行，利用高速計數(shù)器對高速脈沖進行計數(shù)，從而實現(xiàn)人機界面的畫面顯示[10]。

S7-200 PLC作為下位機負責對系統(tǒng)底層進行控制和數(shù)據(jù)采集，所以要對各氣動元件、電氣元件和電缸元件的PLC程序進行設計。S7-200 PLC程序主要包括初始化程序、送卡動作控制程序、讀卡器識別程序、鐳射打碼程序、檢測程序和收卡程序。鐳射打碼工作開始之前上位機需對它進行相關(guān)參數(shù)的設置，包括送卡速度設置和復合讀寫器讀寫速度的設置。設置完成后通過上位機的“開始”命令開始執(zhí)行動作，工作流程如圖3所示。

圖3 鐳射打碼工作流程

3.2 下位機系統(tǒng)設計

下位機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。下位機參數(shù)經(jīng)由RS-232口從上位機數(shù)據(jù)庫輸出至下位機。下位機S7-200 PLC負責處理上位機軟件指令、控制元器件的動作。PLC與氣動驅(qū)動裝置、電缸驅(qū)動器、傳感器及限位開關(guān)等相連，這些器件在接收到信號之后把動作反饋給PLC。在程序執(zhí)行過程中，上位機發(fā)送鐳射打碼數(shù)據(jù)和指令給下位機，下位機接收打碼要執(zhí)行的數(shù)據(jù)之后開始進行比較，若出現(xiàn)不匹配的情況，則將錯誤顯示在上位機的顯示屏上，并把動作傳遞給下位機執(zhí)行裝置，將不良品直接吸出并放進不良品收集盒中[11]。

4 試驗與結(jié)果分析

打碼裝置在現(xiàn)場進行調(diào)試運行良好后進行復合通行卡的鐳射打碼，以高速公路復合通行卡為樣品，ID號通過上位機數(shù)據(jù)庫進行調(diào)用之后，再進行十六進制和十進制之間的轉(zhuǎn)換即可進行試驗。試驗在功能測試機上進行，運行速度可以調(diào)到每張8s。用測試軟件在PC機上進行相關(guān)測試，將測試結(jié)果匯總之后進行整理分析。同時需進行劃痕檢查、超聲波焊接檢查、卡片厚度抽查、外觀色澤檢查及來料不良檢查等項目。現(xiàn)場調(diào)試和統(tǒng)計結(jié)果表明，該復合通行卡自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)可以運行。

圖4 下位機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

表1是在某公司復合通行卡自動化生產(chǎn)線上抽取的樣品所統(tǒng)計的鐳射打碼合格率數(shù)據(jù)，可以看出，該系統(tǒng)成品合格率均在99.5%以上，表明該系統(tǒng)是可行的。

表1 實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

筆者設計的復合通行卡自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)由上位機軟件系統(tǒng)、下位機系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)組成。下位機采用PLC控制整個鐳射打碼過程，并能夠?qū)崿F(xiàn)與上位機之間的通信，完成送卡模塊、讀寫器讀寫模塊等的工作。上位機軟件能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)設置、數(shù)據(jù)調(diào)用、硬件控制及鐳射打碼等功能。該系統(tǒng)的鐳射打碼合格率和打碼速度(每張6s)能夠在市場競爭中保持一定的地位，不僅節(jié)省了人力和設備占有面積，而且具有一定的實用價值。

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DesignofAuto-productionLineSystemforCompositeAccessCards

WANG Bing-wei, YU Su
(EngineeringPracticeandTrainingCenter,ShanghaiUniversityofEngineeringScience)

Aiming at the backward technology and low efficiency in the production, an improved auto-production line for composite toll cards was proposed; and the working process of this system was introduced, including its integrated structure design and that of upper and lower computer control system. The test data from actual production shows that, this system laser marking has higher qualification rate and the speed of laser marking can reach 6s per page.

auto-production line system, composite access card,laser marking, S7-200PLC

國家科技支撐計劃項目(2015BAF10B01)。

王兵維(1985-)，碩士研究生，從事自動化技術(shù)的研究。

聯(lián)系人余粟(1963-)，教授，從事機電控的研究，suyu_sh@hotmail.com。

TH862

A

1000-3932(2017)12-1152-03

2017-08-22，

2017-09-25)