條盒缺包稱重檢測系統(tǒng)界面設(shè)計與實現(xiàn)

0   引言

動態(tài)稱重技術(shù)是在傳輸過程中獲得產(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(tǒng)的靜態(tài)秤采用液晶屏顯示被測物體的質(zhì)量，用戶無法設(shè)置秤的參數(shù)、秤也無法連續(xù)記錄通過產(chǎn)品的質(zhì)量數(shù)據(jù)。而新興的動態(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與動態(tài)檢重秤交互的接口。

條盒缺包稱重檢測系統(tǒng)是在傳輸中獲得產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)后進行合格與否判定，合格的產(chǎn)品順利通過入庫，缺包欠重的產(chǎn)品被剔除機構(gòu)剔除，它是動態(tài)稱重技術(shù)的典型應用，其界面軟件需要具備以下功能：稱重結(jié)果實時顯示功能，稱重控制器參數(shù)設(shè)置功能，質(zhì)量數(shù)據(jù)實時統(tǒng)計功能，動態(tài)檢重秤校準功能，質(zhì)量數(shù)據(jù)上傳功能，品牌參數(shù)設(shè)置加載功能等。

作者簡介：余祎（1988—），男，工程師，工學碩士，主要從事動態(tài)稱重設(shè)備、特種檢測器等工業(yè)自動化設(shè)備研發(fā)工作。

1   稱重控制器的Modbus通訊

人機界面既需要獲取稱重結(jié)果，又要設(shè)置動態(tài)稱重控制器參數(shù)。因此，需要實現(xiàn)人機界面與動態(tài)稱重控制器的雙向通訊。動態(tài)稱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(guī)范和約定，是一種通訊語言，規(guī)定了通信雙方能夠識別并使用的消息結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)格式。接口是一種設(shè)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(shù)據(jù)在設(shè)備間傳輸時容易產(chǎn)生誤碼，為了減少這種誤碼，編碼專家發(fā)明了各種校驗檢錯方法，并依據(jù)這些方法設(shè)置了校驗碼。Modbus協(xié)議是采用CRC校驗。校驗碼是由前面的數(shù)據(jù)通過CRC算法得出的，用以校驗該組數(shù)據(jù)的正確性。Modbus功能碼01H用于讀線圈狀態(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用于寫單個線圈，06H用于寫單個保持寄存器，0FH用于寫多個線圈，10H用于寫多個保持寄存器。

2   界面設(shè)計與實現(xiàn)

界面采用10.1英寸TFT LCD威綸通工控屏實現(xiàn)，該工控屏采用24 V直流電源供電，分辨率為1024×600，觸控面板類型為四線電阻式，存儲器閃存（Flash）及內(nèi)存（RAM）均為128 MB，處理器型號為32 bit RISCCortex-A8 600 MHz，具有2個USB接口，有1個RS-232串行接口及1個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、切換開關(guān)、功能鍵、鍵盤、滑動開關(guān)、項目選單、棒圖、表針、圓餅圖、曲線圖、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、定時器、宏指令編程等功能?？梢詫v史數(shù)據(jù)保存為csv文件，并用U盤導出上傳。該工控屏已安裝了Modbus通訊驅(qū)動，界面編程只需考慮要讀寫的變量地址和值，無需考慮Modbus通訊的數(shù)據(jù)報文解析處理，使人機界面開發(fā)周期縮短、與動態(tài)稱重控制器的通訊穩(wěn)定性提高。

圖1所示為條盒缺包稱重檢測系統(tǒng)界面結(jié)構(gòu)框圖，它由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、品牌參數(shù)設(shè)置、標定校準、統(tǒng)計報表查詢等子界面組成。從主界面點擊相應按鈕可以進入任意子界面，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、實時質(zhì)量、實際差值、當前班次的合計數(shù)量、合格數(shù)量、超重數(shù)量、欠重數(shù)量及質(zhì)量實時曲線組成。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(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面包含如下6個參數(shù)，最大量程（100~10 000，不含小數(shù)點）、分度間距（秤臺的最小分辨率）、工作模式（設(shè)為3表示單光電檢重，設(shè)為4表示無光電檢重）、485模式（設(shè)為0表示測試輸出、設(shè)為1表示質(zhì)量連續(xù)輸出、設(shè)為2打印輸出、設(shè)為3 ModbusRTU模式）、是否自修正（設(shè)為0，不修正；設(shè)為1，自修正），采樣速率（設(shè)為0低速，設(shè)為1高速）組成。

品牌參數(shù)設(shè)置界面由“參數(shù)說明”、“參數(shù)下載”、“返回”等按鈕組成。點擊“參數(shù)說明”按鈕，可查看各參數(shù)的含義及設(shè)置范圍。點擊各參數(shù)名稱右側(cè)的輸入框，可彈出數(shù)字軟鍵盤，修改參數(shù)。修改參數(shù)后需點擊“參數(shù)下載”按鈕，將當前品牌參數(shù)下載至動態(tài)稱重控制器，本次修改參數(shù)才能生效。

標定校準界面，標定前必須讓稱重檢測系統(tǒng)處于停止狀態(tài)，等待秤臺穩(wěn)定后才可操作。確保秤臺干凈無物料，單擊“零點標定”按鈕，等待片刻后，界面提示“零點標定成功”。在右側(cè)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(cè)示數(shù)穩(wěn)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(tǒng)計報表查詢界面由班次統(tǒng)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，日期切換時報表刷新顯示。班次統(tǒng)計報表由編號、日期、記錄形成時間、班次、品牌編號、產(chǎn)品總數(shù)、超重數(shù)量、欠重數(shù)量、合格數(shù)量等字段組成。班次統(tǒng)計報表在換班或品牌參數(shù)修改時增加一條記錄，并將主界面統(tǒng)計數(shù)據(jù)清零，重新計數(shù)。詳細報表界面由品牌編號、目標質(zhì)量、上限偏差、下限偏差、實際質(zhì)量、合格與否標志及產(chǎn)品通過時間等字段組成。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)品通過時增加一條記錄。在軟件設(shè)計時，將統(tǒng)計工作放在平時碎片時間執(zhí)行，在查詢時直接顯示結(jié)果，有效縮短了界面響應時間，改善了用戶體驗。

界面軟件要獲得產(chǎn)品質(zhì)量等數(shù)據(jù)并實時監(jiān)控稱重檢測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，實時顯示記錄通過的產(chǎn)品質(zhì)量并進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，標識產(chǎn)品質(zhì)量是否合格，產(chǎn)品質(zhì)量不合格時報警剔除，需要設(shè)計如下宏指令，新產(chǎn)品通過（New Record）宏指令、實時曲線繪制（Plot）宏指令、報警時間（Alarm Time）宏指令。新產(chǎn)品通過宏指令作為稱重檢測系統(tǒng)的主程序，周期執(zhí)行，新產(chǎn)品通過時進行合格與否判定，并進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計記錄。實時曲線繪制宏指令周期執(zhí)行，根據(jù)最近10條通過的產(chǎn)品質(zhì)量，在主界面繪制實時曲線。報警時間宏指令當有不合格產(chǎn)品通過時，觸發(fā)蜂鳴報警燈，報警到達設(shè)定時間時自行停止。

界面軟件要實現(xiàn)將用戶設(shè)置的參數(shù)下載至稱重控制器，需要編寫選擇品牌序號（Select brand number）宏指令，參數(shù)下載（Download parameter）宏指令。選擇品牌序號宏指令根據(jù)品牌序號計算相關(guān)品牌配方的存放地址，將配方信息調(diào)入RWI，顯示在設(shè)置界面上。參數(shù)下載宏指令將當前統(tǒng)計信息存儲至統(tǒng)計報表，將主界面統(tǒng)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(shù)下載至稱重控制器，將稱重控制器內(nèi)部計數(shù)清零。界面軟件初始化時執(zhí)行該宏指令，“參數(shù)下載”按鈕單擊時也執(zhí)行該宏指令。界面軟件要實現(xiàn)班次管理，需要編寫班次判斷（Shift）宏指令。該宏指令周期執(zhí)行，根據(jù)系統(tǒng)時間判斷當前班次并在主界面顯示，在換班瞬間進行統(tǒng)計信息報表存儲。

界面軟件要實現(xiàn)秤臺標定校準，需要編寫校準（Calibration）宏指令。該宏指令獲取稱重控制器的狀態(tài)字，進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   實現(xiàn)效果

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

圖3 條盒缺包稱重檢測系統(tǒng)主界面效果圖

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（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年8月期）