基于梅特勒—托利多動態(tài)稱重監(jiān)控系統(tǒng)設計

王京擘，徐世許，肖 克

（青島大學 自動化學院，青島 266071）

隨著科學技術的快速發(fā)展， 動態(tài)檢重技術在各大企業(yè)中正發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。 產(chǎn)品在生產(chǎn)線上進行檢測， 根據(jù)預先做好的重量分區(qū)， 將不合格產(chǎn)品在線剔除。 人工操控雖能滿足小批量生產(chǎn)需求，但對于產(chǎn)品控制精度等指標往往得不到優(yōu)化解決， 不能較好地滿足工藝生產(chǎn)需求。考慮到聚氯乙烯在裝料、檢重、剔除過程中存在的精度要求高、人工操作量大等問題，該文設計了基于梅特勒—托利多動態(tài)稱重監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過檢重秤與觸摸屏儀表之間的RS232C 通信將稱重數(shù)據(jù)顯示到儀表； 通過儀表與上位機的TCP/IP通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能；數(shù)據(jù)庫負責存儲數(shù)據(jù)信息以便于用戶查詢。 該系統(tǒng)提高了產(chǎn)品精度，降低了人工操作強度。

1 總體方案設計

該稱重系統(tǒng)選擇聚氯乙烯為稱重對象，硬件設備有托利多C1200 動態(tài)檢重秤、光電開關等，同時結合Visual Basic 編程語言和SQL Server 數(shù)據(jù)庫完成該系統(tǒng)的設計。 其總體設計方案如下文所述。

檢重秤設置為自動發(fā)送模式向上位機發(fā)送稱重信息，傳送帶上的非接觸式光電開關狀態(tài)作為輸入， 上位機與稱重儀表之間經(jīng)TCP/IP 協(xié)議進行通信。 當被稱重對象經(jīng)傳送帶到達光電開關位置時，光電開關產(chǎn)生一個上升沿信號傳到觸摸屏控制器，觸摸屏儀表響應此信號并實時顯示產(chǎn)品重量信息；在光電開關后設有剔除裝置，對于超重及欠重產(chǎn)品系統(tǒng)會自動將其剔除；稱重儀表作為服務器，上位機為客戶端，儀表將獲取的重量值經(jīng)TCP/IP 通信協(xié)議傳到上位機，之后上位機將稱重信息導入SQL 數(shù)據(jù)庫，并標明日期、時間、產(chǎn)品代號、重量值、合格情況等信息，便于用戶掃碼查詢及追溯。

上位機界面基于Visual Basic 程序設計， 包括用戶登錄界面、稱重信息界面、數(shù)據(jù)查詢界面等。 同時進行上位機與稱重儀表的通信測試，驗證稱重數(shù)據(jù)的準確性， 另外剔除裝置負責篩選出合格品，提高產(chǎn)品的精度要求。

2 硬件系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)構成

動態(tài)檢重秤負責對產(chǎn)品進行稱重，并判斷產(chǎn)品合格情況，以滿足客戶需求。 在該系統(tǒng)中，選用梅特勒-托利多C1200 動態(tài)檢重秤對產(chǎn)品稱重，稱重傳感器選用MT1260-50 型單點式傳感器，容量為50 kg，具有較好的防水防濕功能。 檢重秤自帶彩色觸摸屏顯示，能夠直觀顯示產(chǎn)品重量信息，同時，檢重秤可將產(chǎn)品重量值分類并觸發(fā)相應的剔除器，一旦產(chǎn)品沿生產(chǎn)線到達，剔除器會引導產(chǎn)品到各重量分區(qū)，重量分區(qū)包括合格、超重、欠重3 類。 動態(tài)檢重系統(tǒng)結構如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結構Fig.1 System structure diagram

動態(tài)檢重秤能夠在傳送帶連續(xù)或間斷性運轉時進行稱量，傳送帶在產(chǎn)品連續(xù)稱量過程中不會停止。在該系統(tǒng)中，設置檢重秤為連續(xù)稱量方式。檢重秤通過RS232C 與儀表通信， 在光電開關作用下將數(shù)據(jù)顯示到觸摸屏上，上位機通過TCP/IP 協(xié)議與儀表建立連接， 讀取儀表重量數(shù)據(jù)并導入數(shù)據(jù)庫，完成一次稱重過程。

2.2 稱重流程

系統(tǒng)稱重流程如圖2 所示。

圖2 稱重流程Fig.2 Flow chart of weighing

傳送帶由電機驅動運轉，系統(tǒng)首先完成產(chǎn)品裝料、打包過程；產(chǎn)品經(jīng)傳送帶運輸?shù)竭_指定位置，光電開關在上升沿動作，并將信號傳遞給觸摸屏儀表控制器， 儀表顯示產(chǎn)品重量信息并判斷是否合格，若合格，則將數(shù)據(jù)傳給上位機，若不合格則由系統(tǒng)自動剔除。 最終上位機將數(shù)據(jù)信息導入數(shù)據(jù)庫，完成存儲過程，以便于用戶后期查詢與追溯。

3 軟件系統(tǒng)

3.1 通信設置

考慮到聚氯乙烯生產(chǎn)線輸送環(huán)境、控制精度等問題，該動態(tài)檢重系統(tǒng)通信包括檢重秤與控制儀表間基于RS232C 的通信、上位機與控制儀表間基于TCP/IP 協(xié)議的通信。

RS232C 屬于單端工作方式，最大驅動輸出電壓范圍為±25 V，傳輸速率較低，傳輸距離較短，大約在15 m 左右[2]。 檢重秤與控制儀表間基于RS232C的部分通信代碼如下所示：

MSComm2.CommPort = 6 ＇ 端口號

If MSComm2.PortOpen = False Then

MSComm2.PortOpen = True ＇ 打開串口

Case comEvReceive

MSComm1.InputLen = 0 ＇ 一次讀所有數(shù)據(jù)

Inbyte = MSComm1.Input

For I1 = LBound（Inbyte）To UBound（Inbyte）

buffer = buffer + Hex（Inbyte（I1））

DoEvents

Next I1

Text1.Text = buffer

a（7）= Mid（buffer，1，3）

dml = dml + fcs（dml）+ "*" + Chr（13）＇ 讀命令加校驗碼和結束符

If MSComm2.PortOpen = True Then

MSComm2.Output = dml ＇ 向控制儀表發(fā)送讀操作命令

End If

＇ 讀寄存器數(shù)據(jù)判斷料是否到位，以此作為是否重量讀取的條件

a（6）= a（1）& a（2）& a（3）& a（4）& "." & a（5）

Else

a（6）= a（0）& a（1）& a（2）& a（3）& a（4）& "." & a（5）＇ 整合在一起

End If

TCP/IP 傳輸協(xié)議，也叫網(wǎng)絡通訊協(xié)議，是在網(wǎng)絡中使用的最基本的通信協(xié)議， 是面向連接的、提供可靠數(shù)據(jù)流服務的通信協(xié)議，通過3 次握手建立連接，適用于一對一通信，傳輸速率相對較慢[3]。 在該檢重系統(tǒng)中，上位機與控制儀表通過TCP/IP 協(xié)議建立通信連接， 同時上位機讀取儀表的重量信息，其過程如下所述。

在建立TCP/IP 連接時，先要確定客戶端及服務器。 在該系統(tǒng)中，控制儀表作為服務器向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)信息，上位機為客戶端。 首先，設置控制儀表（服務器）IP 地址為“192.168.0.4”，子網(wǎng)為“255.255.255.0”，網(wǎng)關設為“192.168.0.1”，端口為8080，數(shù)據(jù)傳送設置為自動發(fā)送模式On；設置上位機（客戶端）IP 為“192.168.0.3”，確保兩者IP 地址在同一網(wǎng)段，子網(wǎng)地址設置與檢重秤相同， 網(wǎng)關設為“192.168.0.2”；端口號設為1001。 服務器網(wǎng)口設置如圖3 所示。

圖3 服務器網(wǎng)口設置Fig.3 Server network port settings

在每個產(chǎn)品重量數(shù)據(jù)準備發(fā)送前，檢重秤將試圖連接上位機接收端，若連接成功，則稱重數(shù)據(jù)被傳送到上位機，否則檢重秤顯示TCP/IP 連接失敗。

上位機程序基于Visual Basic 設計， 程序代碼如下所示：

Private Sub Form_Load（）

tcpClient.RemotePort = 8080 ＇ 設置服務器與本地端口號

tcpClient.LocalPort = 1001

End Sub

Private Sub cmdConnect_Click（）

MsgBox "Connected to 192.168.0.4"，64，"提示"

tcpClient.Connect "192.168.0.4"，8080 ＇ 上位機與控制儀表通信

End Sub

Private Sub tcpClient_DataArrival（ByVal BytesTotal As Long）

Dim strData As String

tcpClient.GetData strData

txtOutput.Text = txtOutput & strData & vbCrLf ＇ 上位機顯示重量數(shù)據(jù)

End Sub

Private Sub txtSend_Change（）

tcpClient.SendData txtSend.Text

End Sub

啟動電機，傳送帶運行，控制儀表顯示數(shù)據(jù)并傳遞給上位機，產(chǎn)品測試結果如圖4 所示。

圖4 數(shù)據(jù)顯示Fig.4 According to data

系統(tǒng)通過Visual Basic 繪制數(shù)據(jù)傳輸界面。 在接收儀表數(shù)據(jù)前，上位機首先向儀表發(fā)送“Connect”命令請求，若連接成功，上位機將顯示“Connected to 192.168.0.4”字樣，說明上位機已成功匹配到儀表IP地址，兩者成功建立連接，即上位機可以接收儀表發(fā)送的稱重數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)格式

數(shù)據(jù)格式是數(shù)據(jù)保存在文件或記錄中的編排格式，可為數(shù)值、字符、二進制等形式。 數(shù)據(jù)格式有多種，在本系統(tǒng)中，稱重數(shù)據(jù)格式有格式2（Format No.2）和格式102（Format No.102）2 種，該文選取格式102 數(shù)據(jù)格式，其信息包含如圖5 所示。

圖5 數(shù)據(jù)格式Fig.5 Data format

其中，日期為9～11 個字符，SP 表示空格，時間9 字符，產(chǎn)品編號10 字符，左對齊，稱重6 字符，右對齊，單位為3 字符，左對齊，結尾2 字符。

3.3 SQL Server 數(shù)據(jù)庫

SQL Server 數(shù)據(jù)庫簡單易學，存儲容量大，便于分析和管理數(shù)據(jù)[4]。 SQL Server 數(shù)據(jù)庫提供更高的安全性、可靠性，適用于處理復雜查詢。 在該動態(tài)檢重系統(tǒng)中，上位機接收控制儀表的重量信息并將其存儲到數(shù)據(jù)庫中，如圖6 所示，重量單位為克（g）。

圖6 稱重信息示意圖Fig.6 Diagram of weighing information

在該數(shù)據(jù)庫列表中，上位機根據(jù)用戶需求，添加列表字段為日期、時間、操作員、批次、產(chǎn)品代碼、標準重量、實際重量、標準誤差、實際誤差和合格情況。設置A 批產(chǎn)品標準重量為2500 g，誤差為±5%；B 批產(chǎn)品標準重量為2800 g，誤差為±3%。在數(shù)據(jù)庫中存儲的6 件產(chǎn)品中，結果顯示為超重、欠重、合格產(chǎn)品各2 件。

3.4 上位機軟件界面設計

動態(tài)檢重監(jiān)控系統(tǒng)需要對數(shù)據(jù)進行保存， 方便用戶查詢、追溯。 上位機界面基于Visual Basic 編程實現(xiàn)，同時上位機與數(shù)據(jù)庫相連，動態(tài)顯示產(chǎn)品重量信息。在該系統(tǒng)設計中，上位機界面包括用戶登錄界面、稱重信息界面和查詢界面，如圖7～圖9 所示。

圖7 用戶登錄界面Fig.7 User login interface

圖8 稱重信息界面Fig.8 Weight information interface

圖9 查詢界面Fig.9 Query interface

用戶登錄界面包括用戶名、密碼。 用戶名窗口由Visual Basic 中的Combo 控件設定， 下拉框包含小王、小李、小張3 名用戶，每位用戶都有各自的登錄密碼。 若密碼輸入無誤，點擊“登錄”按鈕則系統(tǒng)會彈出“登錄成功”對話框，若密碼輸入有誤，則用戶名和密碼窗口內容清空，用戶可重新進行登錄。

在稱重過程中，產(chǎn)品的重量值將在觸摸屏控制儀表上顯示，重量區(qū)間由系統(tǒng)自行設定。 圖中產(chǎn)品實際重量為2700 g，實際誤差超出所設定的標準誤差，結果顯示為超重。 在稱重信息界面中，上位機通過Adodc 控件與SQL Server 數(shù)據(jù)庫建立連接，并將產(chǎn)品信息存入其中；利用DataGrid 控件實時顯示產(chǎn)品信息。 用戶點擊“確定”按鈕后，產(chǎn)品重量信息以列表形式顯示到該界面當中。

查詢界面包含了多條件查詢功能，操作員可在規(guī)定日期時間內查詢產(chǎn)品信息[5]。 在圖9 中，操作員以“批次A”、“合格”為查詢條件在規(guī)定時間段查詢符合條件的產(chǎn)品信息，經(jīng)查詢結果顯示合格產(chǎn)品信息共4 條，累計重量為10104 g，數(shù)據(jù)庫列表顯示結果。 另外，在查詢界面設有“另存為”按鈕，其功能是將數(shù)據(jù)信息進行備份或以Excel 的形式保存，便于查找，防止丟失；設置“刪除數(shù)據(jù)”按鈕用來清除緩存數(shù)據(jù)， 節(jié)省數(shù)據(jù)庫存儲空間。

4 結語

本文為解決聚氯乙烯塑料產(chǎn)品的稱重問題，研究并設計了基于梅特勒-托利多動態(tài)檢重監(jiān)控系統(tǒng)。 該系統(tǒng)通過上位機與觸摸屏控制儀表間基于TCP/IP 通信協(xié)議實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸功能；控制儀表與檢重秤間通過RS232C 通信實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時顯示功能； 通過Visual Basic 編程， 并設計可視化界面與SQL Server 數(shù)據(jù)庫建立通信連接實現(xiàn)了用戶登錄、數(shù)據(jù)動態(tài)顯示及查詢功能。 目前，該系統(tǒng)經(jīng)調試已成功應用于某化工廠， 降低了人工操作勞動強度，減小了系統(tǒng)誤差。