1引言

剔除控制是灌裝、數粒等瓶裝產品包裝線典型的自動化品控工藝。隨著在線空瓶自動檢測速度的不斷提高，空瓶檢測系統對精確剔除不合格瓶的要求也不斷提高。現在的空瓶檢測技術已達到每小時3~4萬瓶的速度，甚至有的國外檢測設備已達到6~7萬瓶/小時，而且是連續的流水在線檢測。因此，如何將在傳送帶上不斷流動的空瓶中檢測出來的不合格瓶準確的剔除便成為一個關鍵技術點，也是衡量整套在線檢測系統性能好壞的一個重要指標。

本文所介紹的基于西門子s7-300plc的剔除控制系統主要用于對在線空瓶檢測裝置檢測出來的不合格瓶進行準確的剔除，并對檢測過程的一些重要環節進行控制，如連續剔除過多報警、傳送帶傳送過程中的倒瓶報警以及實時顯示系統運行狀態等。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的需求。本系統主要針對玻璃啤酒瓶的檢測剔除，同時也適用于其它圓口圓身玻璃瓶。

2系統整體介紹

系統由核心控制模塊、執行剔除模塊、現場數據采集模塊、人機界面顯示和報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cpu315-dp/pn、一個16點的數字量輸入模塊sm321、一個16點的數字量輸出模塊sm322以及一個高速計數模塊fm350-1［2］，主要用于接收現場采集的信號以及檢測系統發出的不合格信號并進行相應的處理，控制現場設備的動作，如電磁閥的開關、報警燈的報警動作等；執行剔除模塊主要由電磁閥、氣動剔除器以及空氣壓縮機組成，由空氣壓縮機產生的氣壓作為剔除器的動力，電磁閥的開關控制剔除器的剔除動作；現場數據采集模塊包括分布在現場各處的光電傳感器和旋轉編碼器組成，用于對現場的信號如到瓶觸發信號、倒瓶信號以及空瓶在傳送過程中的位置信號進行采集，并傳送到plc中進行處理；人機界面顯示和報警模塊包括op77a操作顯示面板和報警燈，用于顯示系統運行狀態、修改參數和故障報警等。系統整體結構如圖1所示。

根據空瓶在傳送鏈道的傳送方向，空瓶依次要經過如下區域：檢測區域，觸發檢測光電，并由空瓶檢測系統對其進行檢測，其檢測結果信號傳送給plc進行存儲，同時plc根據旋轉編碼器脈沖數以及fm350-1的計數值計算該瓶的位置信息進行存儲；倒瓶檢測區域，由于此區域的傳送鏈道兩旁沒有護欄，因此此處易出現倒瓶現象，需要在此區域進行倒瓶檢測；剔除區域，當該瓶到達剔除器處時，若該瓶為不合格瓶，則剔除器動作將其剔除，同時清除到達剔除器處的所有瓶子的檢測結果信息以及位置信息；剔除確認區域，該處為一剔除確認光電，用于檢測是否有沒剔除的不合格瓶，有則進行報警。空瓶傳送的路線示意圖如圖2所示。

3系統設計

3.1工作原理設計

在傳送帶傳送的同時旋轉編碼器不斷產生脈沖信號并傳送到fm350-1模塊中，由其計數脈沖數，以脈沖數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，因此，需要在plc中開辟兩個存儲區來順序存儲檢測瓶的好壞信息和位置信息。當檢測瓶到達檢測位置并觸發檢測光電時，檢測光電產生一個上升沿信號觸發plc動作，此時，plc讀取fm350-1計數模塊中的計數值n1，由于預先設定了檢測位置與剔除器之間的距離轉換成的旋轉編碼器的脈沖數n，這樣就可以計算出檢測瓶到達剔除器位置時高速計數模塊fm350-1的計數值n2=n1-n（因為設定fm350-1為減計數［3］），并將之存儲到plc中開辟的位置信息存儲區中的相應位置中。這樣，當fm350-1中的計數值小于等于n2時，就可以斷定檢測瓶到達剔除器位置處。當檢測瓶到達剔除器位置時，提取出檢測結果信息存儲區中相應位置的好壞信號，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，則電磁閥不動作，此瓶過去，當檢測瓶觸發剔除確認光電時，判斷該瓶是否為不合格瓶，若為不合格瓶，說明有漏剔，此時進行報警。

3.2關鍵技術設計

（1）準確剔除控制。準確剔除的前提在于系統能夠時時記錄進入檢測區域的每一個瓶子的位置信息，能夠捕捉到到達剔除器位置的瓶子，并將不合格的進行剔除。由于檢測位置與剔除器位置之間的距離是固定的，因此，本系統通過安裝在傳送鏈道上的旋轉編碼器發出脈沖以及高速計數模塊fm350-1計數值來記錄檢測瓶在鏈道上的位置。本系統采用的旋轉編碼器每轉一轉可發出1000個脈沖，這樣，檢測位置與剔除器位置之間的固定距離就可用旋轉編碼器發出的脈沖數來表示，且脈沖數也是一個固定值。因此，可通過計數值來精確判斷檢測瓶是否到達剔除器位置，并進行準確的剔除。

（2）檢測結果信息與位置信息的存取方式。由于現場的空瓶檢測屬于自動流水線式作業，因此傳送帶上傳送的檢測瓶數量眾多，如何能夠記錄這么多瓶子的檢測結果信息和位置信息便成為一個技術難點，plc中無法開辟出這么多的空間來存儲這么多的信息。經研究發現，只有處于檢測位置與剔除器之間的檢測瓶的檢測結果信息和位置信息才對系統有用。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。

經測量，本文所介紹的控制系統的檢測位置與剔除器之間最多容納67個瓶子。因此，需要開辟連續的67個字空間來存儲之間的瓶子的檢測結果信息即可。而對于位置信息，由于fm350-1的計數值占用雙字的空間，需要開辟連續的67個雙字空間進行存儲，如圖3所示。

本系統對于檢測結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：

在對信息存儲區進行信息存取時，將現場運行的瓶子以67瓶為一組，同時在plc中啟動一個檢測計數器c1和一個剔除計數器c2。如圖4所示，每當瓶子經過檢測位置觸發檢測光電i0.5時，計數器c1的計數值dbw564便加1，以此計數值作為偏移量，同時以信息存儲區的首地址dbd560和dbd598作為基址，就可以按照圖5所示程序計算出存儲區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，其計算出out3=in0×in2+in1，即對信息存儲區相應位置存取的地址。這樣就可以遍歷整個存儲區，將相應瓶子的檢測結果信息和計算得到的位置信息存儲于存儲區的相應位置。

當檢測計數器c1的計數值達到67時，便將計數值清零，以備下一組67瓶的計數和信息存儲。同時，plc在內部程序中不斷檢測瓶子是否到達剔除器位置，每當有瓶到達剔除器位置時，剔除計數器c2的計數值便加1，同時根據與信息存儲時相同的方法，以存儲區首地址為基址，以c2的計數值為偏移量訪問檢測結果存儲區中的結果信息，如果該瓶為不合格瓶，則啟動剔除器進行剔除，同時清除該瓶在存儲區中的檢測結果信息，便于后面瓶子信息的存儲。由于檢測區域最多只能容納67瓶，因此，當計數器c1計數滿67并將計數值清零時，存儲區第一個位置的信息早被提取出來并處理完畢，因此，當下一瓶到來的時候計數值加1變為1，其信息仍可存儲到存儲區第一個位置，且不會影響以前存儲的信息。以此類推，下一瓶，下兩瓶等等到來的時候仍可順序存儲其信息，這樣，就可以將檢測區域的每一個檢測瓶的信息都存儲起來了。整個過程如圖7所示。

4人機交互與報警

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

flexible或protool工具進行編程組態，與s7-300plc通過profibus總線進行通訊，可以讀取或修改plc內部的變量值［5］。人機交互主要用來修改系統的一些參數，如檢測區域所能容納的最大瓶數（本系統中為67）、允許連續剔除的最多瓶數、剔除器的動作時間、檢測位置與剔除器之間的距離脈沖數（轉換為旋轉編碼器的脈沖數）等，同時也需要實時顯示系統的運行狀態，如已經檢測的總瓶數、合格瓶數和不合格瓶數、系統運行時間以及報警情況等。

本系統還具有報警功能，報警的情況主要有以下幾種：（1）連續剔除過多報警，當剔除器連續剔除的瓶數超過預設值時，plc便會控制報警燈進行報警提示；（2）倒瓶報警，當瓶子在傳送過程中歪倒時，其會觸發倒瓶光電，此時plc會控制報警燈進行報警；（3）漏剔報警，當剔除確認發現有漏剔瓶時，就會產生報警，提醒現場人員進行相應的操作。

5結束語

基于s7-300plc的剔除控制系統能夠實現對在線空瓶檢測系統檢測出來的不合格瓶進行精確地剔除，不僅提高了整個檢測系統的技術水平和檢測速度，更保證了整個生產過程的穩定順利進行。經測試，該系統對不合格瓶的剔除率能夠達到100%，且運行穩定，其間接尋址、順序存儲的控制思想也是本系統中一個關鍵的技術突破。