1引言

剔除控制是灌裝、數(shù)粒等瓶裝產(chǎn)品包裝線典型的自動(dòng)化品控工藝。隨著在線空瓶自動(dòng)檢測速度的不斷提高，空瓶檢測系統(tǒng)對(duì)精確剔除不合格瓶的要求也不斷提高?，F(xiàn)在的空瓶檢測技術(shù)已達(dá)到每小時(shí)3~4萬瓶的速度，甚至有的國外檢測設(shè)備已達(dá)到6~7萬瓶/小時(shí)，而且是連續(xù)的流水在線檢測。因此，如何將在傳送帶上不斷流動(dòng)的空瓶中檢測出來的不合格瓶準(zhǔn)確的剔除便成為一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，也是衡量整套在線檢測系統(tǒng)性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。

本文所介紹的基于西門子s7-300plc的剔除控制系統(tǒng)主要用于對(duì)在線空瓶檢測裝置檢測出來的不合格瓶進(jìn)行準(zhǔn)確的剔除，并對(duì)檢測過程的一些重要環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，如連續(xù)剔除過多報(bào)警、傳送帶傳送過程中的倒瓶報(bào)警以及實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等。西門子s7-300系列plc是模塊化的中小型plc，適用于中等性能的控制要求［1］，因此完全符合本系統(tǒng)的需求。本系統(tǒng)主要針對(duì)玻璃啤酒瓶的檢測剔除，同時(shí)也適用于其它圓口圓身玻璃瓶。

2系統(tǒng)整體介紹

系統(tǒng)由核心控制模塊、執(zhí)行剔除模塊、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊、人機(jī)界面顯示和報(bào)警模塊等幾部分組成。核心控制模塊主要由s7-300plc組成，包括一個(gè)cpu315-dp/pn、一個(gè)16點(diǎn)的數(shù)字量輸入模塊sm321、一個(gè)16點(diǎn)的數(shù)字量輸出模塊sm322以及一個(gè)高速計(jì)數(shù)模塊fm350-1［2］，主要用于接收現(xiàn)場采集的信號(hào)以及檢測系統(tǒng)發(fā)出的不合格信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)的處理，控制現(xiàn)場設(shè)備的動(dòng)作，如電磁閥的開關(guān)、報(bào)警燈的報(bào)警動(dòng)作等；執(zhí)行剔除模塊主要由電磁閥、氣動(dòng)剔除器以及空氣壓縮機(jī)組成，由空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的氣壓作為剔除器的動(dòng)力，電磁閥的開關(guān)控制剔除器的剔除動(dòng)作；現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊包括分布在現(xiàn)場各處的光電傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器組成，用于對(duì)現(xiàn)場的信號(hào)如到瓶觸發(fā)信號(hào)、倒瓶信號(hào)以及空瓶在傳送過程中的位置信號(hào)進(jìn)行采集，并傳送到plc中進(jìn)行處理；人機(jī)界面顯示和報(bào)警模塊包括op77a操作顯示面板和報(bào)警燈，用于顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、修改參數(shù)和故障報(bào)警等。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)空瓶在傳送鏈道的傳送方向，空瓶依次要經(jīng)過如下區(qū)域：檢測區(qū)域，觸發(fā)檢測光電，并由空瓶檢測系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行檢測，其檢測結(jié)果信號(hào)傳送給plc進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)plc根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù)以及fm350-1的計(jì)數(shù)值計(jì)算該瓶的位置信息進(jìn)行存儲(chǔ)；倒瓶檢測區(qū)域，由于此區(qū)域的傳送鏈道兩旁沒有護(hù)欄，因此此處易出現(xiàn)倒瓶現(xiàn)象，需要在此區(qū)域進(jìn)行倒瓶檢測；剔除區(qū)域，當(dāng)該瓶到達(dá)剔除器處時(shí)，若該瓶為不合格瓶，則剔除器動(dòng)作將其剔除，同時(shí)清除到達(dá)剔除器處的所有瓶子的檢測結(jié)果信息以及位置信息；剔除確認(rèn)區(qū)域，該處為一剔除確認(rèn)光電，用于檢測是否有沒剔除的不合格瓶，有則進(jìn)行報(bào)警?？掌總魉偷穆肪€示意圖如圖2所示。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1工作原理設(shè)計(jì)

在傳送帶傳送的同時(shí)旋轉(zhuǎn)編碼器不斷產(chǎn)生脈沖信號(hào)并傳送到fm350-1模塊中，由其計(jì)數(shù)脈沖數(shù)，以脈沖數(shù)來記錄檢測瓶在傳送帶上的位置，便于后面剔除器處的精確剔除。由于檢測位置與剔除器之間的檢測瓶可能不止一個(gè)，因此，需要在plc中開辟兩個(gè)存儲(chǔ)區(qū)來順序存儲(chǔ)檢測瓶的好壞信息和位置信息。當(dāng)檢測瓶到達(dá)檢測位置并觸發(fā)檢測光電時(shí)，檢測光電產(chǎn)生一個(gè)上升沿信號(hào)觸發(fā)plc動(dòng)作，此時(shí)，plc讀取fm350-1計(jì)數(shù)模塊中的計(jì)數(shù)值n1，由于預(yù)先設(shè)定了檢測位置與剔除器之間的距離轉(zhuǎn)換成的旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖數(shù)n，這樣就可以計(jì)算出檢測瓶到達(dá)剔除器位置時(shí)高速計(jì)數(shù)模塊fm350-1的計(jì)數(shù)值n2=n1-n（因?yàn)樵O(shè)定fm350-1為減計(jì)數(shù)［3］），并將之存儲(chǔ)到plc中開辟的位置信息存儲(chǔ)區(qū)中的相應(yīng)位置中。這樣，當(dāng)fm350-1中的計(jì)數(shù)值小于等于n2時(shí)，就可以斷定檢測瓶到達(dá)剔除器位置處。當(dāng)檢測瓶到達(dá)剔除器位置時(shí)，提取出檢測結(jié)果信息存儲(chǔ)區(qū)中相應(yīng)位置的好壞信號(hào)，如果該瓶為不合格，則plc控制電磁閥開，由剔除器將此瓶剔除，若為合格瓶，則電磁閥不動(dòng)作，此瓶過去，當(dāng)檢測瓶觸發(fā)剔除確認(rèn)光電時(shí)，判斷該瓶是否為不合格瓶，若為不合格瓶，說明有漏剔，此時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

3.2關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

（1）準(zhǔn)確剔除控制。準(zhǔn)確剔除的前提在于系統(tǒng)能夠時(shí)時(shí)記錄進(jìn)入檢測區(qū)域的每一個(gè)瓶子的位置信息，能夠捕捉到到達(dá)剔除器位置的瓶子，并將不合格的進(jìn)行剔除。由于檢測位置與剔除器位置之間的距離是固定的，因此，本系統(tǒng)通過安裝在傳送鏈道上的旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出脈沖以及高速計(jì)數(shù)模塊fm350-1計(jì)數(shù)值來記錄檢測瓶在鏈道上的位置。本系統(tǒng)采用的旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)可發(fā)出1000個(gè)脈沖，這樣，檢測位置與剔除器位置之間的固定距離就可用旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)來表示，且脈沖數(shù)也是一個(gè)固定值。因此，可通過計(jì)數(shù)值來精確判斷檢測瓶是否到達(dá)剔除器位置，并進(jìn)行準(zhǔn)確的剔除。

（2）檢測結(jié)果信息與位置信息的存取方式。由于現(xiàn)場的空瓶檢測屬于自動(dòng)流水線式作業(yè)，因此傳送帶上傳送的檢測瓶數(shù)量眾多，如何能夠記錄這么多瓶子的檢測結(jié)果信息和位置信息便成為一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，plc中無法開辟出這么多的空間來存儲(chǔ)這么多的信息。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，只有處于檢測位置與剔除器之間的檢測瓶的檢測結(jié)果信息和位置信息才對(duì)系統(tǒng)有用。因此，只需要記錄位于檢測位置與剔除器之間的瓶子信息即可。

經(jīng)測量，本文所介紹的控制系統(tǒng)的檢測位置與剔除器之間最多容納67個(gè)瓶子。因此，需要開辟連續(xù)的67個(gè)字空間來存儲(chǔ)之間的瓶子的檢測結(jié)果信息即可。而對(duì)于位置信息，由于fm350-1的計(jì)數(shù)值占用雙字的空間，需要開辟連續(xù)的67個(gè)雙字空間進(jìn)行存儲(chǔ)，如圖3所示。

本系統(tǒng)對(duì)于檢測結(jié)果信息和位置信息的存取采用間接尋址［4］、順序存取的方式，其基本思想如下：

在對(duì)信息存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行信息存取時(shí)，將現(xiàn)場運(yùn)行的瓶子以67瓶為一組，同時(shí)在plc中啟動(dòng)一個(gè)檢測計(jì)數(shù)器c1和一個(gè)剔除計(jì)數(shù)器c2。如圖4所示，每當(dāng)瓶子經(jīng)過檢測位置觸發(fā)檢測光電i0.5時(shí)，計(jì)數(shù)器c1的計(jì)數(shù)值dbw564便加1，以此計(jì)數(shù)值作為偏移量，同時(shí)以信息存儲(chǔ)區(qū)的首地址dbd560和dbd598作為基址，就可以按照?qǐng)D5所示程序計(jì)算出存儲(chǔ)區(qū)中需要存取的位置的地址md160和md164，其中的fc15的功能如圖6所示，其計(jì)算出out3=in0×in2+in1，即對(duì)信息存儲(chǔ)區(qū)相應(yīng)位置存取的地址。這樣就可以遍歷整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，將相應(yīng)瓶子的檢測結(jié)果信息和計(jì)算得到的位置信息存儲(chǔ)于存儲(chǔ)區(qū)的相應(yīng)位置。

當(dāng)檢測計(jì)數(shù)器c1的計(jì)數(shù)值達(dá)到67時(shí)，便將計(jì)數(shù)值清零，以備下一組67瓶的計(jì)數(shù)和信息存儲(chǔ)。同時(shí)，plc在內(nèi)部程序中不斷檢測瓶子是否到達(dá)剔除器位置，每當(dāng)有瓶到達(dá)剔除器位置時(shí)，剔除計(jì)數(shù)器c2的計(jì)數(shù)值便加1，同時(shí)根據(jù)與信息存儲(chǔ)時(shí)相同的方法，以存儲(chǔ)區(qū)首地址為基址，以c2的計(jì)數(shù)值為偏移量訪問檢測結(jié)果存儲(chǔ)區(qū)中的結(jié)果信息，如果該瓶為不合格瓶，則啟動(dòng)剔除器進(jìn)行剔除，同時(shí)清除該瓶在存儲(chǔ)區(qū)中的檢測結(jié)果信息，便于后面瓶子信息的存儲(chǔ)。由于檢測區(qū)域最多只能容納67瓶，因此，當(dāng)計(jì)數(shù)器c1計(jì)數(shù)滿67并將計(jì)數(shù)值清零時(shí)，存儲(chǔ)區(qū)第一個(gè)位置的信息早被提取出來并處理完畢，因此，當(dāng)下一瓶到來的時(shí)候計(jì)數(shù)值加1變?yōu)?，其信息仍可存儲(chǔ)到存儲(chǔ)區(qū)第一個(gè)位置，且不會(huì)影響以前存儲(chǔ)的信息。以此類推，下一瓶，下兩瓶等等到來的時(shí)候仍可順序存儲(chǔ)其信息，這樣，就可以將檢測區(qū)域的每一個(gè)檢測瓶的信息都存儲(chǔ)起來了。整個(gè)過程如圖7所示。

4人機(jī)交互與報(bào)警

本文所介紹的剔除控制系統(tǒng)采用西門子op77a操作面板作為人機(jī)交互界面。op77a是西門子公司推出的一款小巧易用、操作簡便的人機(jī)交互工具，通過wincc

flexible或protool工具進(jìn)行編程組態(tài)，與s7-300plc通過profibus總線進(jìn)行通訊，可以讀取或修改plc內(nèi)部的變量值［5］。人機(jī)交互主要用來修改系統(tǒng)的一些參數(shù)，如檢測區(qū)域所能容納的最大瓶數(shù)（本系統(tǒng)中為67）、允許連續(xù)剔除的最多瓶數(shù)、剔除器的動(dòng)作時(shí)間、檢測位置與剔除器之間的距離脈沖數(shù)（轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖數(shù)）等，同時(shí)也需要實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如已經(jīng)檢測的總瓶數(shù)、合格瓶數(shù)和不合格瓶數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間以及報(bào)警情況等。

本系統(tǒng)還具有報(bào)警功能，報(bào)警的情況主要有以下幾種：（1）連續(xù)剔除過多報(bào)警，當(dāng)剔除器連續(xù)剔除的瓶數(shù)超過預(yù)設(shè)值時(shí)，plc便會(huì)控制報(bào)警燈進(jìn)行報(bào)警提示；（2）倒瓶報(bào)警，當(dāng)瓶子在傳送過程中歪倒時(shí)，其會(huì)觸發(fā)倒瓶光電，此時(shí)plc會(huì)控制報(bào)警燈進(jìn)行報(bào)警；（3）漏剔報(bào)警，當(dāng)剔除確認(rèn)發(fā)現(xiàn)有漏剔瓶時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，提醒現(xiàn)場人員進(jìn)行相應(yīng)的操作。

5結(jié)束語

基于s7-300plc的剔除控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)在線空瓶檢測系統(tǒng)檢測出來的不合格瓶進(jìn)行精確地剔除，不僅提高了整個(gè)檢測系統(tǒng)的技術(shù)水平和檢測速度，更保證了整個(gè)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定順利進(jìn)行。經(jīng)測試，該系統(tǒng)對(duì)不合格瓶的剔除率能夠達(dá)到100%，且運(yùn)行穩(wěn)定，其間接尋址、順序存儲(chǔ)的控制思想也是本系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)突破。