【硕士论文开题报告】基于以太网通信的称重数据管理系统1

学校代码11065编号2012020356青岛大学硕士学位论文开题报告论文题目基于以太网通信的称重数据管理系统姓名吴光强专业名称控制科学与工程研究方向PLC控制指导教师徐世许教授日期2014年1月18日青岛大学硕士研究生学位论文开题报告专业控制科学与工程论文起止日期2014120156课题来源导师自拟选题报告会日期2014118论文题目基于以太网通信称重数据管理系统研究方向PLC控制一、选题的目的和意义目前在企业生产中称重仪表等计量器具已被普遍应用，根据企业生产需求和生产规模不同，所使用的称重仪表的品牌、种类、数量也各不相同，且这些电子秤分布于企业的各不同车间或仓库内，有的甚至是不同的区域。而采用人工抄表的传统方式来记录和统计生产数据导致生产效率低，更新的称重信息不及时，存在数据采集和传输周期长的问题。因此企业称重数据的网络化传输和信息化管理非常重要。随着企业生产不断发展和厂房规模的扩建，国内企业生产数据的网络化传输和信息化管理在生产自动化和办公自动化方面取得了明显的提升。但实际应用的层次较浅，且存在重要的问题是不同管理软件和不同部门间的数据信息不能交流和共享，有些称重数据多次重复输入，这就导致称重数据信息的准确性和一致性无法保证。原有的人工抄表和传送的模式导致有些称重数据只能记录在各生产车间的记事本上，造成数据统计不准确、不完整、数据分散、更新不及时和信息脱节的问题，对于距离较远且分布厂内不同生产车间的数据传输更是不便，影响公司的生产效益和制定决策。随着以太网通信技术的快速发展，计算机和网络智能称重仪表在控制系统及测量中应用越来越广泛。在工业生产中，中控室和管理层希望及时了解和控制现场的各种生产数据和状态，这就需要各测控系统的上位机与生产现场的各个网络化智能称重仪表进行通信。现在广泛应用的RS232和RS485的通信方式在要求远距离和大数据量传输的控制系统中无法完成要求，这就使得研究以太网通信变得尤为重要和迫切。称重数据管理在工业生产中的意义重大，解决人工统计和录入的传统模式已经迫在眉睫，而以太网通信的可靠性和快速性正是这个问题的突破口。本课题来源于青岛黄海橡胶厂和青岛森麒麟橡胶厂的实际生产需求。目前在黄海橡胶厂中称重数据等生产数据的管理只能依靠人工记录，如在生产车间以外的办公区域或异地查询相关数据很不方便，数据不能及时更新，使得企业数据宏观监管不到位，无法快速做出判断和决策。应企业的要求，设计和开发了基于以太网通信的称重数据传输和管理系统，实现了对称重数据的实时采集、网络化传输和管理，达到了实时化、智能化和现代化的要求。在森麒麟橡胶厂中需要对完成称重的橡胶原料进行贴标，包含称重信息的标签只能依靠人工手写，这种方式不仅生产效率较低而且造成标签内容不全面和人为误差，更为不利的是已打印标签的历史记录无法保存和查询。应企业的要求，设计和开发了基于以太网通信的称重打标管理系统，实现了读取远程服务器的数据，并自动生成带有条形码信息的标签，并将已打印的标签记录存入数据库中，实现追溯。该系统满足了企业要求，提高了标准化和统一化管理水平。针对实时性高、通信距离远、传输数据量大的控制系统，设计和开发了基于以太网通信的称重数据管理系统，提高了生产效率和规范了称重数据的管理。二、基于以太网通信的称重数据传输和管理系统1系统结构该课题来源于青岛黄海橡胶厂的生产需求，因公司生产车间与管理生产数据的办公区距离较远，称重数据都是采用人工记录方式，这就造成了数据更新效率低和数据记录存在误差等问题。为方便管理人员快速和准确的查询称重数据，实现办公无纸化，利用TCP/IP协议和FTP协议通信原理完成报表等称重数据的网络通信传送，设计和开发了基于以太网通信的称重数据传输和管理系统。系统硬件采用梅特勒托利多的工业智能称重仪表IND880标准版，接收称重传感器发送的模拟量信号并通过转换和放大等处理转化为重量值，通过以太网交换机与服务器电脑和多台客户端电脑建立以太网通信，实现称重数据的传输和查询。称重数据传输和管理系统结构如图11所示。图11称重数据传输和管理系统结构图2工作流程生产车间的操作人员在完成生产原料称重后，按下智能称重仪表IND880操作面板上的“打印”键，IND880通过自带的标签打印系统保存每次称重数据到内存卡的表格中（CSV格式），当完成生产后，操作人员按下汇总菜单中的“上传”时，该表格通过以太网通信的传输到服务器上的D盘根目录下的IND880文件夹里，系统将该表格打开，把全部记录逐条写入到服务器SQL数据库中名为IND的表格中，该表格中的列名和数据类型需先配置。列名包括编号、流水号、料名、机台、班次、序号、净重、毛重、皮重、称重人、复核人、称量日期、备注和上传标志，编号和以太网交换机IND880称重传感器以太网通信IND880IND880称重传感器服务器电脑客户端电脑1N称重传感器以太网通信以太网通信以太网通信以太网通信序号的数据类型为INT（整数型），净重、毛重和皮重的数据类型为FLOAT（浮点数型），称重日期数据类型为DATETIME（日期和时间数据类型），其余字段的数据类型为VARCHARMAX（字符串类型）。因为每条记录的流水号是唯一的，所以设置流水号为主键，这样就可以避免重复记录的产生，因此流水号字段不允许为空。称重数据传输和管理系统工作流程如图12所示。图12称重数据传输和管理系统工作流程图3系统界面系统采用可视化编程工具VISUALBASIC设计和开发。操作人员双击该系统的快捷方式进入系统，系统处于停止服务状态，系统停止服务状态界面如图13所示。在系统信息栏中可以查看服务器的IP地址，设置侦听端口、最大连接、用户名称、用户密码、访问目录和用户权限的参数，并把生产车间的智能称重仪表IND880的网络参数配置为服务器IP地址，这样才可实现客户端与服务器的以太网通信。此时的“停止服务”按钮呈失效的灰色状态，参数更改完成后，按下“启动服务”按钮，系统开始运行。开始IND880是否发送文件是否结束服务器接收写入数据库客户端查询服务器侦听中图13称重数据传输和管理系统停止服务界面按下“启动服务”时，“启动服务”按钮呈失效的灰色状态，此时的侦听端口、最大连接、用户名称、用户密码、访问目录和用户权限的参数失效变灰，是不可以设置的，“停止服务”按钮恢复有效状态。系统启动服务界面如图14所示。图14称重数据传输和管理系统启动服务界面三、基于以太网通信的称重打标管理系统1系统结构该课题来源于青岛森麒麟橡胶厂的生产需求，该公司称重点位于生产车间的一楼，而管理生产数据的主控室位于五楼，距离较远，原有的称重数据标签的生成都是采用电话咨询主控室标签的配方名称等信息然后人工手写的方式，这就造成了工作效率低和标签不标准等问题，并且标签缺少条形码信息，使得后续的仓储管理等工作的不能标准化和统一化。为方便操作人员快速和准确的形成称重标签，设计和开发了基于以太网通信的称重打标管理系统。系统硬件采用梅特勒托利多的工业智能称重仪表IND880高级版，接收称重传感器发送的模拟量信号并通过放大和A/D转换等处理变为重量值，通过以太网交换机与服务器电脑建立以太网通信连接，实现了读取服务器数据，并在系统中形成带有条形码信息的标签，确认无误后控制斑马打印机完成标签打印，并将打印记录保存在客户端的ACCESS数据库中。称重打标管理系统结构如图21所示。称重传感器标签打印机以太网交换机以太网通信以太网通信服务器电脑IND880图21称重打标管理系统结构图在结构图中采用标签打印机是斑马打印机的ZM400系列，该打印机包括更多的有利于提高效率的功能以及先进的、灵活的网络连接。ZM400打印机因为吞吐量和打印速度的改进可完成4英寸宽标签的高效率打印，支持7种点阵字体，支持1种平滑可伸缩字体。2工作流程系统运行后要先判断是否已成功与服务器建立以太网通信，如果没有建立则需排查故障，建立以太网通信。当与服务器建立以太网通信后，操作人员运行该系统就可读取服务器上SQL数据库的数据，通过获取最新的记录可在打印界面上形成了初步标签，操作人员确认是否需要手动输入内容来修改和完善标签，当完成修改后进入打印界面，系统自动根据记录中的“生产编号”信息来生成条形码，核对无误后，按下打印即可控制斑马打印机打印出生产标签。称重打标管理系统工作流程如图22所示。是否连接服务器否是是否修改标签是否查询记录结束打印记录保存打印标签打印预览修改标签形成初步标签读取数据开始图22称重打标管理系统工作流程图3系统功能通过配置梅特勒托利多智能称重仪表IND880搭载的操作系统上的ODBC数据源和主控室服务器SQL数据库的SQLSERVERCONFIGURATIONMANAGER的参数，并利用VB中MSCOMM控件、ADODATA控件DATAGRID控件进行编程，使得在IND880操作系统上运行的客户端程序可以读取服务器上的数据，生成标签并完成打印，同时保存已打印标签的记录。31登录功能根据用户权限设置登录功能实现对称重数据和所涉及到的配方信息的保密，防止无关人员操作该系统，造成信息泄露。称重打标管理系统登录界面如图23所示。用户登录功能的实现是通对核对保存在ACCESS数据库中的用户名和密码是否匹配，当匹配时身份验证成功，即可进入该系统，如果不匹配时，按下“确定”或回车键就提示密码不正确，无法进入系统。当按下“取消”时，就退出系统。连续输错三次密码，系统则强制退出。用户信息保存在D盘STUDMARK数据库中名为“TA”的表中，表中包含“操作员姓名”“密码”两个字段，系统预设操作员姓名为A、B、C，对应密码为1、2、3。图23称重打标管理系统登录界面32打印界面打印界面包括了菜单栏、读取服务器数据部分和标签部分。在菜单栏中包括了“系统设置”和“退出”两部分功能，在系统设置中包括了“已打印数据查询”和“用户设置”两部分功能。称重打标管理系统打印界面如图24所示。图24称重打标管理系统打印界面单击“全部记录查询”，可在数据显示部分显示从服务器的SQL数据库中读取的全部记录，方便用户查询；单击“获取最新记录”，可获取数据库中最新一条记录并在标签显示部分的相应处显示出来，用户验证信息是否全面和有无错误，确认无误后单击“打印预览”，系统切换到打印预览界面，再次查看标签信息，确认无误后单击“打印”，打印机完成标签打印，系统把已打印标签的记录保存在客户端的ACCESS数据库中，因服务器中的SQL数据库不允许写入操作，因此在客户端上创建了ACCESS数据库。33系统与称重仪表通信智能称重仪表IND880支持串口通信，可通过VB中MSCOMM控件和仪表进行通信，需设置仪表的波特率，奇偶校验，数据位等参数。应用程序可通过MSCOMM控件实现串行通讯的功能，通过串行端口完成发送和接收数据的任务。因为IND880自带的WINDOWSXP系统和称重系统是相互独立的，所以在称重系统中可显示重量值，完成去皮、清零和设定量程等功能，但要在IND880的WINDOWSXP系统中要显现重量值，需要通过RS232串口通信，在VB中定义MSCOMM控件的串口号是5，在称重系统中需要在新定义一个输出的串口，串口号是6，否则不能建立通信。34打印预览根据厂家要求，在通过系统自动获取配方名称、车次、班次和主机手等信息的同时，打印标签中这些信息还可手动输入，当获取的信息和实际生产不相符时，可手动输入实际信息，可方便用户使用，更加灵活。标签信息获取和完善后，单击打印预览按钮，即跳转到打印界面，在该界面上通过BARCODECTRL控件将生产编号生成条形码，核对信息无误后，单击打印按钮，控制斑马打印机完成标签打印，并把打印记录保存在客户端的ACCESS数据库中。标签样式如图25所示。现对各功能实现分别介绍如下。图25标签样式35用户设置用于实现用户的添加、修改和删除，并保存在系统中，称重打标管理系统用户设置界面如图59所示；在操作员姓名的下拉菜单中系统默认保存了A（密码为1）、B（密码为2）和C（密码为3）三个用户名，单击下拉菜单可看到。当添加用户时，在操作员姓名后面的白色框内输入要添加的用户名，比如W，在密码后面的白色框内输入相应于用户W的密码，然后单击“添加”，系统会弹出“添加成功”的消息提示框，单击“确定”关闭消息提示框，然后单击“刷新”即可完成用户添加，此时在操作员下拉菜单中可以看到新添加的用户W。添加用户功能的实现，就是向数据库表格中用INSERT语句插入新的记录。图59称重打标管理系统用户设置界面用户设置是为了进入系统保密而设置的，因生产车间人员流动性太大，为避免无关人员操作该系统，造成数据外泄或不当操作。五、论文工作计划与方案自从接手本课题后，已经作了大量的准备工作，查阅了大量的相关资料，并对一些问题进行了思考。准备在现有的基础上，用一年半的时间完成整个论文的研究工作。即从2014年1月至2015年6月底分四个阶段第一阶段（2014年1月至3月），准备工作的最后阶段，完善研究方案，继续查阅相关资料并进行整理，分析，比较。第二阶段（2014年4月至6月），研究阶段。根据前期准备的资料，学习相关知识、掌握相关软件及梅特勒托利多智能称重仪表IND880的使用方法，为系统构建做好准备。第三阶段（2014年7月至2014年11月），设计及开发系统，并进行相关调试工作。第四阶段（2014年12月至2015年4月），结题阶段。整理好相关的材料，撰写完硕士论文。外投的论文应在2015年6月底前正式发表。六、参考资料1牛凤莲，张晓东，张强网络化测试技术研究J自动化与仪表（学术版），2003216192王勇基于WINSOCK控件开发网络管理系统的研究和实践J农业网络信息，20071079803丁昌青基于远程数据传输的销售信息系统研究与应用D河海大学，20044宋先斌，何在玉“称重衡器管理软件“WEB信息管理系统解决方案J科技信息（学术版），2007351001025马龙博，郑建英基于组态王和VB的智能仪表实时监控系统J自动化仪表，200886罗成分布式车辆称重控制系统研究D杭州电子科技大学，20127毕红梅智能仓储管理系统的设计与实现D山东大学，20098刘允波智能称重技术在电厂中的应用研究D山东大学，20139周建基于以太网的分布式温度测量系统设计D西南交通大学，201210李培珍，牛牧为客户的品牌保驾护航访梅特勒托利多SAFELINE公司中国区营销经理郁桦先生D中国食品工业，20099303111赵广平，孙雯萍，孙建军电子称重技术现状及发展趋势J仪表技术与传感器，20077767712吕宁电子称重技术浅析J计量与测试技术，2012,413METTLERTOLEDOSBC传感器，200714METTLERTOLEDOIND880电子称重仪表安装手册，201215METTLERTOLEDOIND880电子称重仪表技术/操作手册，201216METTLERTOLEDOIND880LPS操作说明书，201317熊运塔基于以太网的中央空调远程控制系统设计山东大学，200918周倜计算机网络标准综述J航天标准化，20103313519蒋啸天深空网络文件传输协议研究D西安电子科技大学，201020杨娇娟浅谈TCP/IP协议J数字技术与应用，2012322021刘雄基于LINUX系统的TCP迁移的研究与实现J汕头大学学报（自然科学版），20061586422李晓鹏基于ATM390系统的银行卡前置系统开发D南开大学，200623徐海波网络流量识别特征码自动提取系统的研究与实现D北京邮电大学，201024刘雄使用VBNET开发FTP客户端应用程序J河北理工学院学报，20051596825蔡勇FTP服务器技术研究及实现D电子科技大学，200526郭继联港口汽车衡管理软件的设计与实现D华东师范大学，200926郭继联港口汽车衡管理软件的设计与实现D华东师范大学，200927罗成分布式车辆称重控制系统研究D杭州电子科技大学，201228刘雄基于WINSOCK的网络编程技术J电脑知识与技术，2009143695369629王勇基于WINSOCK控件开发网络管理系统的研究和实践J农业网络信息，200710798030葛斌VB点对点文件传输J电脑编程技巧与维护，200711505431郭跟成，刘勇VB中打印任务实现的方法和适用对象J洛阳工学院学报自然科学版，20023586032李佳斌基于无线传感器网络的抄表系统通信与管理软件的设计D北京邮电大学，201033王兴尚基于SNMP网络管理系统关键技术的研究与实现D南京邮电大学，201034王建川，马立元，马剑利用MSCOM