基于S7-300的条码传递对比系统的设计与实现

王 萍 焦鋆萍

(1.常州信息职业技术学院 江苏常州 213164；2.上汽大众汽车有限公司南京分公司 江苏南京 211100)

基于S7-300的条码传递对比系统的设计与实现

王 萍1焦鋆萍2

(1.常州信息职业技术学院 江苏常州 213164；2.上汽大众汽车有限公司南京分公司 江苏南京 211100)

针对扫码枪故障影响生产效率，或扫码错误导致螺栓数据无法追溯的问题，提出了通过编写PLC程序实现车身FIS号的传递和比对功能，实现了扫码枪故障后系统可以自动弹出当前工位生产车子的FIS号，保证生产节拍；扫码枪正常时可以实现扫入的FIS号与系统传递来的FIS号比对，及时发现扫码错误，确保螺栓数据的可追溯。

扫码枪； PLC； 传递； 比对

0 引言

在汽车制造业中，高精度枪被高频率地进行使用，其中高精度枪螺栓数据采集系统使用扫码枪扫入车身FIS号，FIS号即为一个条码，是生产订单系统里的码，是车子的识别号，通过系统判断识别后发给高精度枪，经确认后进行拧紧，高精度枪生成的螺栓数据上传至服务器保存，实现螺栓数据的可追溯[1]。但是若发生条码枪故障，只能手动输入FIS号，大大影响流水线的生产节拍；而扫码枪扫码错误则会出现螺栓数据与车身对不上号，螺栓数据无法追溯，影响了精度枪的使用。

1 现场状态

车身车间使用2条装配线，9个高精度枪工位，共计38把高精度枪完成4种车型的四门两盖螺栓的拧紧。故拧紧数据都会采集上传至本地服务器和FIS服务器，实现螺栓数据的可追溯性，并采用FIS-EQS系统来确认拧紧合格，保证车子的质量。现场使用的是Data logic POWERSCAN PM8300-433的无线扫码枪，所有螺栓数据记录就是依靠扫码枪扫到的车身FIS号来与车身进行绑定的。扫码枪是高精度枪拧紧系统的第一道关口，一旦扫码错误则会出现螺栓数据与车身无法对应，螺栓数据无法追溯的情况，扫码枪的扫码准确性至关重要。

现场生产中，PM8300这款扫码枪在镜头出现划伤的情况下有时会出现扫码识别错误的情况，如正常的FIS号是C2201585008267，但扫码枪却识别成了C2201583008267，FIS号错误导致该辆车的本工位高精度枪螺栓数据全部缺失，如图1所示。

图1 扫码枪FIS号识别错误

现场扫描枪故障后，为维持生产可持续进行，生产人员只能通过MP377人机交换界面上的软键盘输入，需输入14位的FIS号并切换字母大小写，由于系统软键盘较小，输入量大，平均输入一次需要花费30秒，而现场的生产节拍是85秒，大大影响了生产节拍。为保证生产的正常进行和螺栓数据的可追溯，经过现场分析研究提出在高精度枪工位增加车辆FIS码传递比对功能来解决上述两大问题[2]。

2 方案理论分析

现场高精度枪系统采用西门子的S7-300PLC和西门子MP377人机交换界面，若能编写PLC程序和HMI人机交互界面，即可实现车身FIS号的传递比对功能，这样的话改造无需硬件投入，对现场生产的可持续进行影响也小。而编写程序增加车辆FIS码传递比对功能，必须要解决两大问题，一是系统需要实现记录第一个工位扫入条码，并能将FIS码传递给其他工位的功能，这样能实现工位之间的VIN码比对，若出现扫入的FIS码与传递过来的FIS码不同的情况时，及时报警，及早发现并解决，避免螺栓数据无法追溯；二是在后道工位的扫码枪故障后，系统会自动跳出当前到达该工位的车子的FIS号，操作工只需要确认下系统跳出的FIS号与现场车子是否相同，而无需手动输入14位的FIS号，即可进行高精度枪的使能操作并拧紧。要实现上述功能，需要解决14位FIS号的存储和按需提取功能。

西门子S7-300系列PLC的数据存储区有I/O区、PII、PIQ、位存储区、L堆栈区以及很强大的DB数据块。14位的FIS码不是纯数字的形式还带有字母，这样的话不能以数值的方式存储，只能以字符串的形式存储。如上文提到的C2201585008267这个FIS号，为了存储需要开辟一个14位字符串的存储空间。同时现场是流水线，由多个工位构成，为了使其他工位能用到第一个工位存储的FIS码，必须要存储多个FIS码。这样就需要开辟很大一块区域用于存储，位存储变量也是可以的，但需要耗费很大的系统资源而且存储操作也不方便。L堆栈区是存放临时变量的，只在PLC的一个扫描周期内有效，但工程中需要的是存储并传递FIS号，显然不适用，这样的话就只能使用DB数据块了。

除了能够存储FIS号，还必须提取所需要的FIS号。车间生产线是流水线形式生产的，2个高精度枪工位不是连续的，可能之间还跨了好几个其他工位，那简单的把本工位的FIS号传输到下一个工位不可行。而车身FIS号是特定的随机码，又无法排序检索。为解决这个问题，可通过在记录FIS码的同时，另外开辟一个存储空间把当前的FIS号的序列号写进去，将这个序列号作为后面查找FIS号的一个索引号。将索引号与FIS号绑定，每记录一个FIS号，则跟它绑定的索引号就加1，这样虽然FIS号是无序的，但索引号有序，通过查找相应的索引号后，就能找到对应的FIS号。其存储模型表1所示。

表1 FIS号存储模型

3 PLC程序设计

现场使用的是西门子的S7-300系列PLC(CPU 317F-2PN/DP)支持STL语句表的高级编程方式，可以运用指针的寻址的方式，实现复杂的编程[3]。

实现上述提出的FIS号的传递和比对功能，并结合现场实际生产情况，提出了程序逻辑设计框图，如图2所示。

图2 程序逻辑设计框图

从程序逻辑框图上可以看出，本程序主要需要实现FIS号的存储、FIS号的查询、FIS号的提取这三大功能。为了更好地实现程序的可移植性，减少程序改造对现场已有程序的影响，采用FC功能加DB数据块的形式进行编程。

3.1 PLC程序DB块设计

现场有两条装配线，每条装配线有4～5个高精度枪工位，为了提高程序的可移植性和灵活性，设置了如表2所示的DB数据块模型。

表2 DB数据块模型

采用此DB数据块模型，可以最大支持100组FIS号的存储，这样完全能满足现场任何地方高精度枪工位FIS码提取。设置6个高精度枪FIS码提取工位，加上第一个记录FIS码的工位，可以支持不大于7个高精度枪工位的生产线。按DB数据块模型结合西门子的字符类型编制了DB500数据块，如图3所示。

图3 DB500数据块

3.2 PLC程序的编写

现场有2条装配线，A线和B线，故使用2个DB数据块记录VIN码。编写程序FC500和FC501，其中FC500实现VIN码的存储、判断和提取。FC501里面处理各个工位何时写入VIN码、何时提取VIN的逻辑信号。FC501在OB1主程序里面调用，这样可以使本次改造项目的程序与现场原有程序分开，将对现场的影响降到最低，同时程序的移植性更好。FC500是本次项目编写的核心程序，里面使用了西门子高级语言编写，将本次项目的所有功能都封装在一起，实现VIN码的存储、判断和提取，这样程序使用简单，可移植性好。FC500程序的入口变量包括设置是哪条生产线的，也就是说是使用哪个DB数据块；选择当前是记录FIS码的模式，还是查找FIS码的模式，还是提取FIS码的模式；当前是哪个工位需要查找和提取FIS码。程序入口变量定义如图4所示。

图4 FC500程序入口变量

FIS码的记录是在第一个工位生产完成后来一个脉冲，将当前的工位的FIS号记录在相应的FIS码存储区，并且将索引号加一，FIS号记录指针移到下一个FIS码记录区。工位FIS码的查询就是将当前工位的FIS码写入相应的DB数据块中，然后执行FC500程序中的查询索引号的功能，程序会自动在FIS码的存储区中逐一查找，查找到后会提取该FIS码的索引号，若给定的FIS码不在存储区中，则程序会自动将索引号变为0，表示在FIS号存储区中不存在该FIS号，请核实后再查询。

系统自动弹码的功能就是在经过FIS码查询后得出当前FIS对应的索引号，在这个工位生产完成后系统会自动将索引号加1，然后通过新的索引号利用FC500的FIS号提取功能，在FIS码存储区中查找该索引号，找到后将与索引号绑定的FIS码提取出来，并提供给系统使用，这就完成了FIS码的自动提取。

3.3 WINCC人机交互界面的编写

PLC中实现了FIS码的存储、查询和提取，还需编写WINCC人机交互界面，由生产人员来选择当前是需要查询FIS码还是提取FIS码，是要使用扫码枪正常时的FIS码比对功能，还是条码枪故障后需要系统自动弹码的功能。编写的WINCC人机交互界面如图5所示。

图5 WINCC人机交互界面

4 现场使用效果

未增加FIS码传输比对功能时，操作流程如图6所示，手动输入FIS号平均需要花费30秒，而增加该功能后操作流程图如图7所示。系统自动弹出当前车子的FIS号，生产人员只需与现场车子核对确认后点击一个按钮即可，平均只要花费8秒，大大提高了效率，保证了生产节拍。

图6 改造前系统运行流程图

FIS码比对功能确保了输入FIS码的正确性，保证了车子螺栓数据的可追溯性，确保了产品质量。

图7 改造后系统运行流程图

5 结束语

本文创新性地利用西门子S7-300强大的数据处理和存储功能编写程序，实现了生产线上FIS码的传递比对功能，解决了现场生产中遇到的难题。同时本文提出的程序结构和编程思路为相关同仁的研究提供了参考。

[1] 张旭强， 陈关龙. 电阻电焊的伺服焊枪技术特性分析[J]. 焊接学报， 2005(6)：60-64.

[2] 张小云， 张延松， 陈关龙. 基于焊点压痕的伺服焊枪点焊质量在线检测方法[J]. 焊接学报, 2006(10)：57-60.

[3] 蒋煜珂， 杨妍， 郑文波. 指针在西门子PLC程序设计中的应用[J]. 长春理工大学学报, 2009(1)：41-42.

[责任编辑：李娟]

Design and Implementation of System of Bar-code Transfer Contrast Based on S7-300

WANG Ping1JIAO Junping2

(1.Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China;2.Nanjing Branch, SaicVolkswagen Automative Company Limited, Nanjing 211100, China)

Aimed at the problems that the scan code gun faults affect the production efficiency, and scan code error makes bolts data fail to go back, this paper puts forward the PLC program which can transfer and compare of body FIS. And the system can pop up the FIS of current station production automatically after car scan code gun is out of the order, which may ensure the production rhythm. It can achieve sweep into the FIS, and compare with the FIS which is transferred from the system when scan code gun is normal, and discover the errors of the scan code to ensure that the bolt data can be traced.

bar- code scanning gun; PLC; transfer; contrast

2016-08-03

王 萍(1988-)，女，讲师，硕士，主要研究方向：机电一体化

TP 391.44

B

1672-2434(2017)01-0008-04