條盒缺包稱(chēng)重檢測系統界面設計與實(shí)現

0   引言

動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)是在傳輸過(guò)程中獲得產(chǎn)品質(zhì)量的1種技術(shù)，在食品、化工、煙草、交通^[1]、物流^[2-4]等領(lǐng)域取得廣泛的應用。傳統的靜態(tài)秤采用液晶屏顯示被測物體的質(zhì)量，用戶(hù)無(wú)法設置秤的參數、秤也無(wú)法連續記錄通過(guò)產(chǎn)品的質(zhì)量數據。而新興的動(dòng)態(tài)檢重秤不僅要在產(chǎn)品傳輸中獲得產(chǎn)品質(zhì)量，而且要具有方便易用的人機界面作為用戶(hù)與動(dòng)態(tài)檢重秤交互的接口。

條盒缺包稱(chēng)重檢測系統是在傳輸中獲得產(chǎn)品質(zhì)量數據后進(jìn)行合格與否判定，合格的產(chǎn)品順利通過(guò)入庫，缺包欠重的產(chǎn)品被剔除機構剔除，它是動(dòng)態(tài)稱(chēng)重技術(shù)的典型應用，其界面軟件需要具備以下功能：稱(chēng)重結果實(shí)時(shí)顯示功能，稱(chēng)重控制器參數設置功能，質(zhì)量數據實(shí)時(shí)統計功能，動(dòng)態(tài)檢重秤校準功能，質(zhì)量數據上傳功能，品牌參數設置加載功能等。

作者簡(jiǎn)介：余祎（1988—），男，工程師，工學(xué)碩士，主要從事動(dòng)態(tài)稱(chēng)重設備、特種檢測器等工業(yè)自動(dòng)化設備研發(fā)工作。

1   稱(chēng)重控制器的Modbus通訊

人機界面既需要獲取稱(chēng)重結果，又要設置動(dòng)態(tài)稱(chēng)重控制器參數。因此，需要實(shí)現人機界面與動(dòng)態(tài)稱(chēng)重控制器的雙向通訊。動(dòng)態(tài)稱(chēng)重控制器與人機界面的通訊采用Modbus協(xié)議^[5]。協(xié)議是一種規范和約定，是一種通訊語(yǔ)言，規定了通信雙方能夠識別并使用的消息結構和數據格式。接口是一種設備的物理連接，指的是物理層上的定義，如RS232/RS485、以太網(wǎng)口等。Modbus協(xié)議一般運行在RS232/RS485接口上，是一種半雙工的主從協(xié)議。Modbus報文模型如表1所示。

數據在設備間傳輸時(shí)容易產(chǎn)生誤碼，為了減少這種誤碼，編碼專(zhuān)家發(fā)明了各種校驗檢錯方法，并依據這些方法設置了校驗碼。Modbus協(xié)議是采用CRC校驗。校驗碼是由前面的數據通過(guò)CRC算法得出的，用以校驗該組數據的正確性。Modbus功能碼01H用于讀線(xiàn)圈狀態(tài)，02H用于讀離散輸入狀態(tài)，03H用于讀保持寄存器，04H用于讀輸入寄存器，05H用于寫(xiě)單個(gè)線(xiàn)圈，06H用于寫(xiě)單個(gè)保持寄存器，0FH用于寫(xiě)多個(gè)線(xiàn)圈，10H用于寫(xiě)多個(gè)保持寄存器。

2   界面設計與實(shí)現

界面采用10.1英寸TFT LCD威綸通工控屏實(shí)現，該工控屏采用24 V直流電源供電，分辨率為1024×600，觸控面板類(lèi)型為四線(xiàn)電阻式，存儲器閃存（Flash）及內存（RAM）均為128 MB，處理器型號為32 bit RISCCortex-A8 600 MHz，具有2個(gè)USB接口，有1個(gè)RS-232串行接口及1個(gè)RS-485串行接口。威綸通工控屏界面編程采用的EasyBuilder Pro平臺，該平臺具有的指示燈、切換開(kāi)關(guān)、功能鍵、鍵盤(pán)、滑動(dòng)開(kāi)關(guān)、項目選單、棒圖、表針、圓餅圖、曲線(xiàn)圖、趨勢圖等元件，具有向量圖庫和圖片庫編輯功能，還具有報警顯示、事件顯示、觸發(fā)式資料傳輸、定時(shí)器、宏指令編程等功能?？梢詫v史數據保存為csv文件，并用U盤(pán)導出上傳。該工控屏已安裝了Modbus通訊驅動(dòng)，界面編程只需考慮要讀寫(xiě)的變量地址和值，無(wú)需考慮Modbus通訊的數據報文解析處理，使人機界面開(kāi)發(fā)周期縮短、與動(dòng)態(tài)稱(chēng)重控制器的通訊穩定性提高。

圖1所示為條盒缺包稱(chēng)重檢測系統界面結構框圖，它由系統參數設置、品牌參數設置、標定校準、統計報表查詢(xún)等子界面組成。從主界面點(diǎn)擊相應按鈕可以進(jìn)入任意子界面，從子界面可以返回主界面。

主界面由當前班次、當前品牌、標準質(zhì)量、允許上偏、允許下偏、實(shí)時(shí)質(zhì)量、實(shí)際差值、當前班次的合計數量、合格數量、超重數量、欠重數量及質(zhì)量實(shí)時(shí)曲線(xiàn)組成。主界面還包括運行/停止指示、當前產(chǎn)品合格與否消息顯示以及界面切換按鈕組成。

系統參數設置界面包含如下6個(gè)參數，最大量程（100~10 000，不含小數點(diǎn)）、分度間距（秤臺的最小分辨率）、工作模式（設為3表示單光電檢重，設為4表示無(wú)光電檢重）、485模式（設為0表示測試輸出、設為1表示質(zhì)量連續輸出、設為2打印輸出、設為3 ModbusRTU模式）、是否自修正（設為0，不修正；設為1，自修正），采樣速率（設為0低速，設為1高速）組成。

品牌參數設置界面由“參數說(shuō)明”、“參數下載”、“返回”等按鈕組成。點(diǎn)擊“參數說(shuō)明”按鈕，可查看各參數的含義及設置范圍。點(diǎn)擊各參數名稱(chēng)右側的輸入框，可彈出數字軟鍵盤(pán)，修改參數。修改參數后需點(diǎn)擊“參數下載”按鈕，將當前品牌參數下載至動(dòng)態(tài)稱(chēng)重控制器，本次修改參數才能生效。

標定校準界面，標定前必須讓稱(chēng)重檢測系統處于停止狀態(tài)，等待秤臺穩定后才可操作。確保秤臺干凈無(wú)物料，單擊“零點(diǎn)標定”按鈕，等待片刻后，界面提示“零點(diǎn)標定成功”。在右側砝碼質(zhì)量輸入框中輸入砝碼質(zhì)量，將砝碼放在秤臺中央，待左側示數穩定后，單擊“量程標定”按鈕，等待片刻后，界面提示“量程標定成功”。

統計報表查詢(xún)界面由班次統計報表界面和詳細報表界面組成，報表界面中包含日期切換控件，日期切換時(shí)報表刷新顯示。班次統計報表由編號、日期、記錄形成時(shí)間、班次、品牌編號、產(chǎn)品總數、超重數量、欠重數量、合格數量等字段組成。班次統計報表在換班或品牌參數修改時(shí)增加一條記錄，并將主界面統計數據清零，重新計數。詳細報表界面由品牌編號、目標質(zhì)量、上限偏差、下限偏差、實(shí)際質(zhì)量、合格與否標志及產(chǎn)品通過(guò)時(shí)間等字段組成。合格與否標志字段中，“1”表示合格，“2”表示超重，“3”表示欠重。詳細報表界面在一件新的產(chǎn)品通過(guò)時(shí)增加一條記錄。在軟件設計時(shí)，將統計工作放在平時(shí)碎片時(shí)間執行，在查詢(xún)時(shí)直接顯示結果，有效縮短了界面響應時(shí)間，改善了用戶(hù)體驗。

界面軟件要獲得產(chǎn)品質(zhì)量等數據并實(shí)時(shí)監控稱(chēng)重檢測系統的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示記錄通過(guò)的產(chǎn)品質(zhì)量并進(jìn)行數據統計，標識產(chǎn)品質(zhì)量是否合格，產(chǎn)品質(zhì)量不合格時(shí)報警剔除，需要設計如下宏指令，新產(chǎn)品通過(guò)（New Record）宏指令、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)繪制（Plot）宏指令、報警時(shí)間（Alarm Time）宏指令。新產(chǎn)品通過(guò)宏指令作為稱(chēng)重檢測系統的主程序，周期執行，新產(chǎn)品通過(guò)時(shí)進(jìn)行合格與否判定，并進(jìn)行數據統計記錄。實(shí)時(shí)曲線(xiàn)繪制宏指令周期執行，根據最近10條通過(guò)的產(chǎn)品質(zhì)量，在主界面繪制實(shí)時(shí)曲線(xiàn)。報警時(shí)間宏指令當有不合格產(chǎn)品通過(guò)時(shí)，觸發(fā)蜂鳴報警燈，報警到達設定時(shí)間時(shí)自行停止。

界面軟件要實(shí)現將用戶(hù)設置的參數下載至稱(chēng)重控制器，需要編寫(xiě)選擇品牌序號（Select brand number）宏指令，參數下載（Download parameter）宏指令。選擇品牌序號宏指令根據品牌序號計算相關(guān)品牌配方的存放地址，將配方信息調入RWI，顯示在設置界面上。參數下載宏指令將當前統計信息存儲至統計報表，將主界面統計信息清零，將要下載的品牌配方信息更新至主界面，將新品牌的上下限及相關(guān)參數下載至稱(chēng)重控制器，將稱(chēng)重控制器內部計數清零。界面軟件初始化時(shí)執行該宏指令，“參數下載”按鈕單擊時(shí)也執行該宏指令。界面軟件要實(shí)現班次管理，需要編寫(xiě)班次判斷（Shift）宏指令。該宏指令周期執行，根據系統時(shí)間判斷當前班次并在主界面顯示，在換班瞬間進(jìn)行統計信息報表存儲。

界面軟件要實(shí)現秤臺標定校準，需要編寫(xiě)校準（Calibration）宏指令。該宏指令獲取稱(chēng)重控制器的狀態(tài)字，進(jìn)行分析并在校準界面顯示校準的相關(guān)狀態(tài)。界面軟件主程序處理流程如圖2所示。

3   實(shí)現效果

如圖3所示為條盒缺包稱(chēng)重檢測系統主界面運行效果圖。本界面顯示信息清晰，布局合理，操作簡(jiǎn)便易用，完全滿(mǎn)足用戶(hù)使用要求，具有一定的借鑒推廣價(jià)值。

圖3 條盒缺包稱(chēng)重檢測系統主界面效果圖

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年8月期）