基于梅特勒—托利多動(dòng)態(tài)稱重監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王京擘，徐世許，肖 克

（青島大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，青島 266071）

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展， 動(dòng)態(tài)檢重技術(shù)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(jìn)行檢測， 根據(jù)預(yù)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(biāo)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(shè)計(jì)了基于梅特勒—托利多動(dòng)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?cái)?shù)據(jù)顯示到儀表； 通過儀表與上位機(jī)的TCP/IP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能；數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲(chǔ)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(qiáng)度。

1 總體方案設(shè)計(jì)

該稱重系統(tǒng)選擇聚氯乙烯為稱重對象，硬件設(shè)備有托利多C1200 動(dòng)態(tài)檢重秤、光電開關(guān)等，同時(shí)結(jié)合Visual Basic 編程語言和SQL Server 數(shù)據(jù)庫完成該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 其總體設(shè)計(jì)方案如下文所述。

檢重秤設(shè)置為自動(dòng)發(fā)送模式向上位機(jī)發(fā)送稱重信息，傳送帶上的非接觸式光電開關(guān)狀態(tài)作為輸入， 上位機(jī)與稱重儀表之間經(jīng)TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行通信。 當(dāng)被稱重對象經(jīng)傳送帶到達(dá)光電開關(guān)位置時(shí)，光電開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)上升沿信號(hào)傳到觸摸屏控制器，觸摸屏儀表響應(yīng)此信號(hào)并實(shí)時(shí)顯示產(chǎn)品重量信息；在光電開關(guān)后設(shè)有剔除裝置，對于超重及欠重產(chǎn)品系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將其剔除；稱重儀表作為服務(wù)器，上位機(jī)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(jī)，之后上位機(jī)將稱重信息導(dǎo)入SQL 數(shù)據(jù)庫，并標(biāo)明日期、時(shí)間、產(chǎn)品代號(hào)、重量值、合格情況等信息，便于用戶掃碼查詢及追溯。

上位機(jī)界面基于Visual Basic 程序設(shè)計(jì)， 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(shí)進(jìn)行上位機(jī)與稱重儀表的通信測試，驗(yàn)證稱重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性， 另外剔除裝置負(fù)責(zé)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(gòu)成

動(dòng)態(tài)檢重秤負(fù)責(zé)對產(chǎn)品進(jìn)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(dòng)態(tài)檢重秤對產(chǎn)品稱重，稱重傳感器選用MT1260-50 型單點(diǎn)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(shí)，檢重秤可將產(chǎn)品重量值分類并觸發(fā)相應(yīng)的剔除器，一旦產(chǎn)品沿生產(chǎn)線到達(dá)，剔除器會(huì)引導(dǎo)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(dòng)態(tài)檢重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 System structure diagram

動(dòng)態(tài)檢重秤能夠在傳送帶連續(xù)或間斷性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行稱量，傳送帶在產(chǎn)品連續(xù)稱量過程中不會(huì)停止。在該系統(tǒng)中，設(shè)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(guān)作用下將數(shù)據(jù)顯示到觸摸屏上，上位機(jī)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(dǎo)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(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，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(yùn)輸?shù)竭_(dá)指定位置，光電開關(guān)在上升沿動(dòng)作，并將信號(hào)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(jī)，若不合格則由系統(tǒng)自動(dòng)剔除。 最終上位機(jī)將數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，完成存儲(chǔ)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(shè)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(dòng)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(jī)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(qū)動(dòng)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(hào)

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(yàn)碼和結(jié)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(luò)通訊協(xié)議，是在網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(jī)與控制儀表通過TCP/IP 協(xié)議建立通信連接， 同時(shí)上位機(jī)讀取儀表的重量信息，其過程如下所述。

在建立TCP/IP 連接時(shí)，先要確定客戶端及服務(wù)器。 在該系統(tǒng)中，控制儀表作為服務(wù)器向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信息，上位機(jī)為客戶端。 首先，設(shè)置控制儀表（服務(wù)器）IP 地址為“192.168.0.4”，子網(wǎng)為“255.255.255.0”，網(wǎng)關(guān)設(shè)為“192.168.0.1”，端口為8080，數(shù)據(jù)傳送設(shè)置為自動(dòng)發(fā)送模式On；設(shè)置上位機(jī)（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(shè)置與檢重秤相同， 網(wǎng)關(guān)設(shè)為“192.168.0.2”；端口號(hào)設(shè)為1001。 服務(wù)器網(wǎng)口設(shè)置如圖3 所示。

圖3 服務(wù)器網(wǎng)口設(shè)置Fig.3 Server network port settings

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

上位機(jī)程序基于Visual Basic 設(shè)計(jì)， 程序代碼如下所示：

Private Sub Form_Load（）

tcpClient.RemotePort = 8080 ＇ 設(shè)置服務(wù)器與本地端口號(hào)

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(jī)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(jī)顯示重量數(shù)據(jù)

End Sub

Private Sub txtSend_Change（）

tcpClient.SendData txtSend.Text

End Sub

啟動(dòng)電機(jī)，傳送帶運(yùn)行，控制儀表顯示數(shù)據(jù)并傳遞給上位機(jī)，產(chǎn)品測試結(jié)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(jī)首先向儀表發(fā)送“Connect”命令請求，若連接成功，上位機(jī)將顯示“Connected to 192.168.0.4”字樣，說明上位機(jī)已成功匹配到儀表IP地址，兩者成功建立連接，即上位機(jī)可以接收儀表發(fā)送的稱重?cái)?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(jìn)制等形式。 數(shù)據(jù)格式有多種，在本系統(tǒng)中，稱重?cái)?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(gè)字符，SP 表示空格，時(shí)間9 字符，產(chǎn)品編號(hào)10 字符，左對齊，稱重6 字符，右對齊，單位為3 字符，左對齊，結(jié)尾2 字符。

3.3 SQL Server 數(shù)據(jù)庫

SQL Server 數(shù)據(jù)庫簡單易學(xué)，存儲(chǔ)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(fù)雜查詢。 在該動(dòng)態(tài)檢重系統(tǒng)中，上位機(jī)接收控制儀表的重量信息并將其存儲(chǔ)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(jī)根據(jù)用戶需求，添加列表字段為日期、時(shí)間、操作員、批次、產(chǎn)品代碼、標(biāo)準(zhǔn)重量、實(shí)際重量、標(biāo)準(zhǔn)誤差、實(shí)際誤差和合格情況。設(shè)置A 批產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)重量為2500 g，誤差為±5%；B 批產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)重量為2800 g，誤差為±3%。在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的6 件產(chǎn)品中，結(jié)果顯示為超重、欠重、合格產(chǎn)品各2 件。

3.4 上位機(jī)軟件界面設(shè)計(jì)

動(dòng)態(tài)檢重監(jiān)控系統(tǒng)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存， 方便用戶查詢、追溯。 上位機(jī)界面基于Visual Basic 編程實(shí)現(xiàn)，同時(shí)上位機(jī)與數(shù)據(jù)庫相連，動(dòng)態(tài)顯示產(chǎn)品重量信息。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，上位機(jī)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(shè)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(diǎn)擊“登錄”按鈕則系統(tǒng)會(huì)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(nèi)容清空，用戶可重新進(jìn)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(shè)定。 圖中產(chǎn)品實(shí)際重量為2700 g，實(shí)際誤差超出所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)誤差，結(jié)果顯示為超重。 在稱重信息界面中，上位機(jī)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(shí)時(shí)顯示產(chǎn)品信息。 用戶點(diǎn)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(dāng)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(shí)間內(nèi)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(shí)間段查詢符合條件的產(chǎn)品信息，經(jīng)查詢結(jié)果顯示合格產(chǎn)品信息共4 條，累計(jì)重量為10104 g，數(shù)據(jù)庫列表顯示結(jié)果。 另外，在查詢界面設(shè)有“另存為”按鈕，其功能是將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行備份或以Excel 的形式保存，便于查找，防止丟失；設(shè)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(chǔ)空間。

4 結(jié)語

本文為解決聚氯乙烯塑料產(chǎn)品的稱重問題，研究并設(shè)計(jì)了基于梅特勒-托利多動(dòng)態(tài)檢重監(jiān)控系統(tǒng)。 該系統(tǒng)通過上位機(jī)與觸摸屏控制儀表間基于TCP/IP 通信協(xié)議實(shí)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(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示功能； 通過Visual Basic 編程， 并設(shè)計(jì)可視化界面與SQL Server 數(shù)據(jù)庫建立通信連接實(shí)現(xiàn)了用戶登錄、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示及查詢功能。 目前，該系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試已成功應(yīng)用于某化工廠， 降低了人工操作勞動(dòng)強(qiáng)度，減小了系統(tǒng)誤差。