條盒缺包稱重檢測系統(tǒng)界面設計與實現

0   引言

動態(tài)稱重技術是在傳輸過程中獲得產品質量的1種技術，在食品、化工、煙草、交通^[1]、物流^[2-4]等領域取得廣泛的應用。傳統(tǒng)的靜態(tài)秤采用液晶屏顯示被測物體的質量，用戶無法設置秤的參數、秤也無法連續(xù)記錄通過產品的質量數據。而新興的動態(tài)檢重秤不僅要在產品傳輸中獲得產品質量，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)是在傳輸中獲得產品質量數據后進行合格與否判定，合格的產品順利通過入庫，缺包欠重的產品被剔除機構剔除，它是動態(tài)稱重技術的典型應用，其界面軟件需要具備以下功能：稱重結果實時顯示功能，稱重控制器參數設置功能，質量數據實時統(tǒng)計功能，動態(tài)檢重秤校準功能，質量數據上傳功能，品牌參數設置加載功能等。

作者簡介：余祎（1988—），男，工程師，工學碩士，主要從事動態(tài)稱重設備、特種檢測器等工業(yè)自動化設備研發(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果，又要設置動態(tài)稱重控制器參數。因此，需要實現人機界面與動態(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協議^[5]。協議是一種規(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、以太網口等。Modbus協議一般運行在RS232/RS485接口上，是一種半雙工的主從協議。Modbus報文模型如表1所示。

數據在設備間傳輸時容易產生誤碼，為了減少這種誤碼，編碼專家發(fā)明了各種校驗檢錯方法，并依據這些方法設置了校驗碼。Modbus協議是采用CRC校驗。校驗碼是由前面的數據通過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   界面設計與實現

界面采用10.1英寸TFT LCD威綸通工控屏實現，該工控屏采用24 V直流電源供電，分辨率為1024×600，觸控面板類型為四線電阻式，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、功能鍵、鍵盤、滑動開關、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史數據保存為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通訊的數據報文解析處理，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)界面結構框圖，它由系統(tǒng)參數設置、品牌參數設置、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、標準質量、允許上偏、允許下偏、實時質量、實際差值、當前班次的合計數量、合格數量、超重數量、欠重數量及質量實時曲線組成。主界面還包括運行/停止指示、當前產品合格與否消息顯示以及界面切換按鈕組成。

系統(tǒng)參數設置界面包含如下6個參數，最大量程（100~10 000，不含小數點）、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表示無光電檢重）、485模式（設為0表示測試輸出、設為1表示質量連續(xù)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“參數說明”、“參數下載”、“返回”等按鈕組成。點擊“參數說明”按鈕，可查看各參數的含義及設置范圍。點擊各參數名稱右側的輸入框，可彈出數字軟鍵盤，修改參數。修改參數后需點擊“參數下載”按鈕，將當前品牌參數下載至動態(tài)稱重控制器，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”。在右側砝碼質量輸入框中輸入砝碼質量，將砝碼放在秤臺中央，待左側示數穩(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、產品總數、超重數量、欠重數量、合格數量等字段組成。班次統(tǒng)計報表在換班或品牌參數修改時增加一條記錄，并將主界面統(tǒng)計數據清零，重新計數。詳細報表界面由品牌編號、目標質量、上限偏差、下限偏差、實際質量、合格與否標志及產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品通過時增加一條記錄。在軟件設計時，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。

界面軟件要獲得產品質量等數據并實時監(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品質量并進行數據統(tǒng)計，標識產品質量是否合格，產品質量不合格時報警剔除，需要設計如下宏指令，新產品通過（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，新產品通過時進行合格與否判定，并進行數據統(tǒng)計記錄。實時曲線繪制宏指令周期執(zhí)行，根據最近10條通過的產品質量，在主界面繪制實時曲線。報警時間宏指令當有不合格產品通過時，觸發(fā)蜂鳴報警燈，報警到達設定時間時自行停止。

界面軟件要實現將用戶設置的參數下載至稱重控制器，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(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參數下載至稱重控制器，將稱重控制器內部計數清零。界面軟件初始化時執(zhí)行該宏指令，“參數下載”按鈕單擊時也執(zhí)行該宏指令。界面軟件要實現班次管理，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狀態(tài)。界面軟件主程序處理流程如圖2所示。

3   實現效果

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《電子產品世界》雜志2020年8月期）