基于梅特勒—托利多动态称重监控系统设计

王京擘，徐世许，肖 克

（青岛大学 自动化学院，青岛 266071）

随着科学技术的快速发展， 动态检重技术在各大企业中正发挥着越来越重要的作用[1]。 产品在生产线上进行检测， 根据预先做好的重量分区， 将不合格产品在线剔除。 人工操控虽能满足小批量生产需求，但对于产品控制精度等指标往往得不到优化解决， 不能较好地满足工艺生产需求。考虑到聚氯乙烯在装料、检重、剔除过程中存在的精度要求高、人工操作量大等问题，该文设计了基于梅特勒—托利多动态称重监控系统。该系统通过检重秤与触摸屏仪表之间的RS232C 通信将称重数据显示到仪表； 通过仪表与上位机的TCP/IP通信协议实现数据传输功能；数据库负责存储数据信息以便于用户查询。 该系统提高了产品精度，降低了人工操作强度。

1 总体方案设计

该称重系统选择聚氯乙烯为称重对象，硬件设备有托利多C1200 动态检重秤、光电开关等，同时结合Visual Basic 编程语言和SQL Server 数据库完成该系统的设计。 其总体设计方案如下文所述。

检重秤设置为自动发送模式向上位机发送称重信息，传送带上的非接触式光电开关状态作为输入， 上位机与称重仪表之间经TCP/IP 协议进行通信。 当被称重对象经传送带到达光电开关位置时，光电开关产生一个上升沿信号传到触摸屏控制器，触摸屏仪表响应此信号并实时显示产品重量信息；在光电开关后设有剔除装置，对于超重及欠重产品系统会自动将其剔除；称重仪表作为服务器，上位机为客户端，仪表将获取的重量值经TCP/IP 通信协议传到上位机，之后上位机将称重信息导入SQL 数据库，并标明日期、时间、产品代号、重量值、合格情况等信息，便于用户扫码查询及追溯。

上位机界面基于Visual Basic 程序设计， 包括用户登录界面、称重信息界面、数据查询界面等。 同时进行上位机与称重仪表的通信测试，验证称重数据的准确性， 另外剔除装置负责筛选出合格品，提高产品的精度要求。

2 硬件系统

2.1 系统构成

动态检重秤负责对产品进行称重，并判断产品合格情况，以满足客户需求。 在该系统中，选用梅特勒-托利多C1200 动态检重秤对产品称重，称重传感器选用MT1260-50 型单点式传感器，容量为50 kg，具有较好的防水防湿功能。 检重秤自带彩色触摸屏显示，能够直观显示产品重量信息，同时，检重秤可将产品重量值分类并触发相应的剔除器，一旦产品沿生产线到达，剔除器会引导产品到各重量分区，重量分区包括合格、超重、欠重3 类。 动态检重系统结构如图1 所示。

图1 系统结构Fig.1 System structure diagram

动态检重秤能够在传送带连续或间断性运转时进行称量，传送带在产品连续称量过程中不会停止。在该系统中，设置检重秤为连续称量方式。检重秤通过RS232C 与仪表通信， 在光电开关作用下将数据显示到触摸屏上，上位机通过TCP/IP 协议与仪表建立连接， 读取仪表重量数据并导入数据库，完成一次称重过程。

2.2 称重流程

系统称重流程如图2 所示。

图2 称重流程Fig.2 Flow chart of weighing

传送带由电机驱动运转，系统首先完成产品装料、打包过程；产品经传送带运输到达指定位置，光电开关在上升沿动作，并将信号传递给触摸屏仪表控制器， 仪表显示产品重量信息并判断是否合格，若合格，则将数据传给上位机，若不合格则由系统自动剔除。 最终上位机将数据信息导入数据库，完成存储过程，以便于用户后期查询与追溯。

3 软件系统

3.1 通信设置

考虑到聚氯乙烯生产线输送环境、控制精度等问题，该动态检重系统通信包括检重秤与控制仪表间基于RS232C 的通信、上位机与控制仪表间基于TCP/IP 协议的通信。

RS232C 属于单端工作方式，最大驱动输出电压范围为±25 V，传输速率较低，传输距离较短，大约在15 m 左右[2]。 检重秤与控制仪表间基于RS232C的部分通信代码如下所示：

MSComm2.CommPort = 6 ＇ 端口号

If MSComm2.PortOpen = False Then

MSComm2.PortOpen = True ＇ 打开串口

Case comEvReceive

MSComm1.InputLen = 0 ＇ 一次读所有数据

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）＇ 读命令加校验码和结束符

If MSComm2.PortOpen = True Then

MSComm2.Output = dml ＇ 向控制仪表发送读操作命令

End If

＇ 读寄存器数据判断料是否到位，以此作为是否重量读取的条件

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 传输协议，也叫网络通讯协议，是在网络中使用的最基本的通信协议， 是面向连接的、提供可靠数据流服务的通信协议，通过3 次握手建立连接，适用于一对一通信，传输速率相对较慢[3]。 在该检重系统中，上位机与控制仪表通过TCP/IP 协议建立通信连接， 同时上位机读取仪表的重量信息，其过程如下所述。

在建立TCP/IP 连接时，先要确定客户端及服务器。 在该系统中，控制仪表作为服务器向上位机发送数据信息，上位机为客户端。 首先，设置控制仪表（服务器）IP 地址为“192.168.0.4”，子网为“255.255.255.0”，网关设为“192.168.0.1”，端口为8080，数据传送设置为自动发送模式On；设置上位机（客户端）IP 为“192.168.0.3”，确保两者IP 地址在同一网段，子网地址设置与检重秤相同， 网关设为“192.168.0.2”；端口号设为1001。 服务器网口设置如图3 所示。

图3 服务器网口设置Fig.3 Server network port settings

在每个产品重量数据准备发送前，检重秤将试图连接上位机接收端，若连接成功，则称重数据被传送到上位机，否则检重秤显示TCP/IP 连接失败。

上位机程序基于Visual Basic 设计， 程序代码如下所示：

Private Sub Form_Load（）

tcpClient.RemotePort = 8080 ＇ 设置服务器与本地端口号

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 ＇ 上位机与控制仪表通信

End Sub

Private Sub tcpClient_DataArrival（ByVal BytesTotal As Long）

Dim strData As String

tcpClient.GetData strData

txtOutput.Text = txtOutput & strData & vbCrLf ＇ 上位机显示重量数据

End Sub

Private Sub txtSend_Change（）

tcpClient.SendData txtSend.Text

End Sub

启动电机，传送带运行，控制仪表显示数据并传递给上位机，产品测试结果如图4 所示。

图4 数据显示Fig.4 According to data

系统通过Visual Basic 绘制数据传输界面。 在接收仪表数据前，上位机首先向仪表发送“Connect”命令请求，若连接成功，上位机将显示“Connected to 192.168.0.4”字样，说明上位机已成功匹配到仪表IP地址，两者成功建立连接，即上位机可以接收仪表发送的称重数据。

3.2 数据格式

数据格式是数据保存在文件或记录中的编排格式，可为数值、字符、二进制等形式。 数据格式有多种，在本系统中，称重数据格式有格式2（Format No.2）和格式102（Format No.102）2 种，该文选取格式102 数据格式，其信息包含如图5 所示。

图5 数据格式Fig.5 Data format

其中，日期为9～11 个字符，SP 表示空格，时间9 字符，产品编号10 字符，左对齐，称重6 字符，右对齐，单位为3 字符，左对齐，结尾2 字符。

3.3 SQL Server 数据库

SQL Server 数据库简单易学，存储容量大，便于分析和管理数据[4]。 SQL Server 数据库提供更高的安全性、可靠性，适用于处理复杂查询。 在该动态检重系统中，上位机接收控制仪表的重量信息并将其存储到数据库中，如图6 所示，重量单位为克（g）。

图6 称重信息示意图Fig.6 Diagram of weighing information

在该数据库列表中，上位机根据用户需求，添加列表字段为日期、时间、操作员、批次、产品代码、标准重量、实际重量、标准误差、实际误差和合格情况。设置A 批产品标准重量为2500 g，误差为±5%；B 批产品标准重量为2800 g，误差为±3%。在数据库中存储的6 件产品中，结果显示为超重、欠重、合格产品各2 件。

3.4 上位机软件界面设计

动态检重监控系统需要对数据进行保存， 方便用户查询、追溯。 上位机界面基于Visual Basic 编程实现，同时上位机与数据库相连，动态显示产品重量信息。在该系统设计中，上位机界面包括用户登录界面、称重信息界面和查询界面，如图7～图9 所示。

图7 用户登录界面Fig.7 User login interface

图8 称重信息界面Fig.8 Weight information interface

图9 查询界面Fig.9 Query interface

用户登录界面包括用户名、密码。 用户名窗口由Visual Basic 中的Combo 控件设定， 下拉框包含小王、小李、小张3 名用户，每位用户都有各自的登录密码。 若密码输入无误，点击“登录”按钮则系统会弹出“登录成功”对话框，若密码输入有误，则用户名和密码窗口内容清空，用户可重新进行登录。

在称重过程中，产品的重量值将在触摸屏控制仪表上显示，重量区间由系统自行设定。 图中产品实际重量为2700 g，实际误差超出所设定的标准误差，结果显示为超重。 在称重信息界面中，上位机通过Adodc 控件与SQL Server 数据库建立连接，并将产品信息存入其中；利用DataGrid 控件实时显示产品信息。 用户点击“确定”按钮后，产品重量信息以列表形式显示到该界面当中。

查询界面包含了多条件查询功能，操作员可在规定日期时间内查询产品信息[5]。 在图9 中，操作员以“批次A”、“合格”为查询条件在规定时间段查询符合条件的产品信息，经查询结果显示合格产品信息共4 条，累计重量为10104 g，数据库列表显示结果。 另外，在查询界面设有“另存为”按钮，其功能是将数据信息进行备份或以Excel 的形式保存，便于查找，防止丢失；设置“删除数据”按钮用来清除缓存数据， 节省数据库存储空间。

4 结语

本文为解决聚氯乙烯塑料产品的称重问题，研究并设计了基于梅特勒-托利多动态检重监控系统。 该系统通过上位机与触摸屏控制仪表间基于TCP/IP 通信协议实现了数据传输功能；控制仪表与检重秤间通过RS232C 通信实现了数据实时显示功能； 通过Visual Basic 编程， 并设计可视化界面与SQL Server 数据库建立通信连接实现了用户登录、数据动态显示及查询功能。 目前，该系统经调试已成功应用于某化工厂， 降低了人工操作劳动强度，减小了系统误差。