條盒缺包稱重檢測(cè)系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0   引言

動(dòng)態(tài)稱重技術(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(yīng)用。傳統(tǒng)的靜態(tài)秤采用液晶屏顯示被測(cè)物體的質(zhì)量，用戶無(wú)法設(shè)置秤的參數(shù)、秤也無(wú)法連續(xù)記錄通過(guò)產(chǎn)品的質(zhì)量數(shù)據(jù)。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(jī)界面作為用戶與動(dòng)態(tài)檢重秤交互的接口。

條盒缺包稱重檢測(cè)系統(tǒng)是在傳輸中獲得產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)后進(jìn)行合格與否判定，合格的產(chǎn)品順利通過(guò)入庫(kù)，缺包欠重的產(chǎn)品被剔除機(jī)構(gòu)剔除，它是動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)的典型應(yīng)用，其界面軟件需要具備以下功能：稱重結(jié)果實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)功能，動(dòng)態(tài)檢重秤校準(zhǔn)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(jiǎn)介：余祎（1988—），男，工程師，工學(xué)碩士，主要從事動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備、特種檢測(cè)器等工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備研發(fā)工作。

1   稱重控制器的Modbus通訊

人機(jī)界面既需要獲取稱重結(jié)果，又要設(shè)置動(dòng)態(tài)稱重控制器參數(shù)。因此，需要實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面與動(dòng)態(tài)稱重控制器的雙向通訊。動(dòng)態(tài)稱重控制器與人機(jī)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(yǔ)言，規(guī)定了通信雙方能夠識(shí)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(yùn)行在RS232/RS485接口上，是一種半雙工的主從協(xié)議。Modbus報(bào)文模型如表1所示。

數(shù)據(jù)在設(shè)備間傳輸時(shí)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(yàn)檢錯(cuò)方法，并依據(jù)這些方法設(shè)置了校驗(yàn)碼。Modbus協(xié)議是采用CRC校驗(yàn)。校驗(yàn)碼是由前面的數(shù)據(jù)通過(guò)CRC算法得出的，用以校驗(yàn)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(xiě)單個(gè)線圈，06H用于寫(xiě)單個(gè)保持寄存器，0FH用于寫(xiě)多個(gè)線圈，10H用于寫(xiě)多個(gè)保持寄存器。

2   界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

界面采用10.1英寸TFT LCD威綸通工控屏實(shí)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(lèi)型為四線電阻式，存儲(chǔ)器閃存（Flash）及內(nèi)存（RAM）均為128 MB，處理器型號(hào)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(tái)，該平臺(tái)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(xiàng)目選單、棒圖、表針、圓餅圖、曲線圖、趨勢(shì)圖等元件，具有向量圖庫(kù)和圖片庫(kù)編輯功能，還具有報(bào)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(shù)據(jù)保存為csv文件，并用U盤(pán)導(dǎo)出上傳。該工控屏已安裝了Modbus通訊驅(qū)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(shù)據(jù)報(bào)文解析處理，使人機(jī)界面開(kāi)發(fā)周期縮短、與動(dòng)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(cè)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(biāo)定校準(zhǔn)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表查詢等子界面組成。從主界面點(diǎn)擊相應(yīng)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(dāng)前班次、當(dāng)前品牌、標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量、允許上偏、允許下偏、實(shí)時(shí)質(zhì)量、實(shí)際差值、當(dāng)前班次的合計(jì)數(shù)量、合格數(shù)量、超重?cái)?shù)量、欠重?cái)?shù)量及質(zhì)量實(shí)時(shí)曲線組成。主界面還包括運(yùn)行/停止指示、當(dāng)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(gè)參數(shù)，最大量程（100~10 000，不含小數(shù)點(diǎn)）、分度間距（秤臺(tái)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(wú)光電檢重）、485模式（設(shè)為0表示測(cè)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(shuō)明”、“參數(shù)下載”、“返回”等按鈕組成。點(diǎn)擊“參數(shù)說(shuō)明”按鈕，可查看各參數(shù)的含義及設(shè)置范圍。點(diǎn)擊各參數(shù)名稱右側(cè)的輸入框，可彈出數(shù)字軟鍵盤(pán)，修改參數(shù)。修改參數(shù)后需點(diǎn)擊“參數(shù)下載”按鈕，將當(dāng)前品牌參數(shù)下載至動(dòng)態(tài)稱重控制器，本次修改參數(shù)才能生效。

標(biāo)定校準(zhǔn)界面，標(biāo)定前必須讓稱重檢測(cè)系統(tǒng)處于停止?fàn)顟B(tài)，等待秤臺(tái)穩(wěn)定后才可操作。確保秤臺(tái)干凈無(wú)物料，單擊“零點(diǎn)標(biāo)定”按鈕，等待片刻后，界面提示“零點(diǎn)標(biāo)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(tái)中央，待左側(cè)示數(shù)穩(wěn)定后，單擊“量程標(biāo)定”按鈕，等待片刻后，界面提示“量程標(biāo)定成功”。

統(tǒng)計(jì)報(bào)表查詢界面由班次統(tǒng)計(jì)報(bào)表界面和詳細(xì)報(bào)表界面組成，報(bào)表界面中包含日期切換控件，日期切換時(shí)報(bào)表刷新顯示。班次統(tǒng)計(jì)報(bào)表由編號(hào)、日期、記錄形成時(shí)間、班次、品牌編號(hào)、產(chǎn)品總數(shù)、超重?cái)?shù)量、欠重?cái)?shù)量、合格數(shù)量等字段組成。班次統(tǒng)計(jì)報(bào)表在換班或品牌參數(shù)修改時(shí)增加一條記錄，并將主界面統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)清零，重新計(jì)數(shù)。詳細(xì)報(bào)表界面由品牌編號(hào)、目標(biāo)質(zhì)量、上限偏差、下限偏差、實(shí)際質(zhì)量、合格與否標(biāo)志及產(chǎn)品通過(guò)時(shí)間等字段組成。合格與否標(biāo)志字段中，“1”表示合格，“2”表示超重，“3”表示欠重。詳細(xì)報(bào)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(shè)計(jì)時(shí)，將統(tǒng)計(jì)工作放在平時(shí)碎片時(shí)間執(zhí)行，在查詢時(shí)直接顯示結(jié)果，有效縮短了界面響應(yīng)時(shí)間，改善了用戶體驗(yàn)。

界面軟件要獲得產(chǎn)品質(zhì)量等數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)監(jiān)控稱重檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)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(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，標(biāo)識(shí)產(chǎn)品質(zhì)量是否合格，產(chǎn)品質(zhì)量不合格時(shí)報(bào)警剔除，需要設(shè)計(jì)如下宏指令，新產(chǎn)品通過(guò)（New Record）宏指令、實(shí)時(shí)曲線繪制（Plot）宏指令、報(bào)警時(shí)間（Alarm Time）宏指令。新產(chǎn)品通過(guò)宏指令作為稱重檢測(cè)系統(tǒng)的主程序，周期執(zhí)行，新產(chǎn)品通過(guò)時(shí)進(jìn)行合格與否判定，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)記錄。實(shí)時(shí)曲線繪制宏指令周期執(zhí)行，根據(jù)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。報(bào)警時(shí)間宏指令當(dāng)有不合格產(chǎn)品通過(guò)時(shí)，觸發(fā)蜂鳴報(bào)警燈，報(bào)警到達(dá)設(shè)定時(shí)間時(shí)自行停止。

界面軟件要實(shí)現(xiàn)將用戶設(shè)置的參數(shù)下載至稱重控制器，需要編寫(xiě)選擇品牌序號(hào)（Select brand number）宏指令，參數(shù)下載（Download parameter）宏指令。選擇品牌序號(hào)宏指令根據(jù)品牌序號(hào)計(jì)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(dāng)前統(tǒng)計(jì)信息存儲(chǔ)至統(tǒng)計(jì)報(bào)表，將主界面統(tǒng)計(jì)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(jì)數(shù)清零。界面軟件初始化時(shí)執(zhí)行該宏指令，“參數(shù)下載”按鈕單擊時(shí)也執(zhí)行該宏指令。界面軟件要實(shí)現(xiàn)班次管理，需要編寫(xiě)班次判斷（Shift）宏指令。該宏指令周期執(zhí)行，根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間判斷當(dāng)前班次并在主界面顯示，在換班瞬間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)信息報(bào)表存儲(chǔ)。

界面軟件要實(shí)現(xiàn)秤臺(tái)標(biāo)定校準(zhǔn)，需要編寫(xiě)校準(zhǔn)（Calibration）宏指令。該宏指令獲取稱重控制器的狀態(tài)字，進(jìn)行分析并在校準(zhǔn)界面顯示校準(zhǔn)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(xiàn)效果

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

圖3 條盒缺包稱重檢測(cè)系統(tǒng)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）