基于梅特勒-托利多称重仪表的配料监管系统毕业答辩

研究生焦建静指导教师徐世许教授基于梅特勒托利多称重仪表的配料监管系统青岛大学硕士毕业论文答辩一、课题研究背景和意义二、梅特勒托利多工业台秤及标准连续输出协议三、欧姆龙HOSTLINK通信协议四、配料监管系统设计五、总结与展望汇报提纲一、课题研究背景和意义配料环节是化工、冶金、建材、食品、饲料加工等行业中决定产品质量的关键环节。配料精度的高低在很大程度上直接影响着企业产品的质量。配料控制系统一直跟随自动化的发展在不断的进步，由最初的完全手工操作到机械辅助的半自动化作业，再到电子的自动化控制。技术上推陈出新，不断更新换代。在电子技术和计算机控制系统的快速发展和在各个行业中广泛应用的背景下，配料行业也受益于科技和时代的进步，使得配料技术和监管系统迎来全新的面貌。3CCOMMUNICATION，COMPUTER，CONTROL等相关的一系列创新和技术被应用到配料工业中，使之能够实现自动配料，并具有极高的效率与质量，经济效益显著。但在众多中小企业中引进成套的自动化配料系统无论是从生产成本还是工人操作水平来看都是不切实际的，这就使得在中小企业中还是采用人工配料的生产模式，传统的配料方式为人工模式，缺乏有效的监管措施，将人为误差进入到了配料环节，严重影响到产品质量。配料操作过程的生产数据在很多企业还采用人工记录的模式，给统计和查询历史数据带来不便，管理层难以实时地了解配料完成的质量、数量和原料的生产情况。一、课题研究背景和意义一、课题研究背景和意义应青岛希杰饲料企业的生产要求，在原有的配料生产模式基础上引入配料监管系统，实现配方管理、配料操作监控、数据查询追溯、生产数据管理等功能，有效减少人为因素，实现配料精度和配料质量稳定性的提高，达到了生产线自动化改造的目的，提高了配料生产效率，并对历史生产数据进行管理。该系统经安装调试已在多家企业应用，且运行稳定。二、梅特勒托利多工业台秤及标准连续输出协议梅特勒托利多作为全世界精密仪器和衡器领先的制造商，其产品种类和系列齐全，涵盖了实验室分析仪器、工业衡器、商业衡器、称重系统、天平在内的众多领域。该系统采用工业台秤BBA238，其硬件包括秤台、碳钢立杆和称重仪表。称重仪表采用IND236，如图所示。IND236二、梅特勒托利多工业台秤及标准连续输出协议IND236支持RS232串口通信，需要在F4菜单中设置波特率、数据位及奇/偶校验位的参数，选择COM1端口的连接协议为标准连续输出协议，最后完成通信线的连接实现与上位计算机的串口通信。标准连续输出模式下数据含有17或18个字节。（1）ASCII文本开始字符（0X02），始终发送。（2）显示的重量，可以是毛重或净重。数据长度为6位，这其中不含小数点或符号。若重量数据长度不够6位时在前面补空格。（3）皮重，六位皮重数据，字段中没有小数点。标准连续输出格式二、梅特勒托利多工业台秤及标准连续输出协议在梅特勒托利多打印模式、连续输出模式下都支持CPTZ指令集。CPTZ指令集中包括的命令字符以正确的格式发送给称重仪表时，称重仪表立即执行相应的功能，不需要终止字符。远程ASCII命令字符包括（1）C清皮，回到毛重状态；（2）T去皮（导致按键去皮）；（3）P打印；（4）Z清零；（5）S切换单位。远程ASCII命令字符在发送时要求为大写字母的格式。在配料监管系统中要实现远程去皮功能，就需要通过串口通信发送CPTZ指令集中的大写字母“T”命令来完成。三、欧姆龙HOSTLINK通信协议上位计算机按照HOSTLINK通信协议规范可实现对PLC的输入输出状态和程序的更改或者编辑，达到实时监控其工作过程的目的，对网络中各台PLC进行统一监管，实现了系统的集散控制。HOSTLINK网络通信系统是基于HOSTLINK通信协议来实现的，在通信过程中，具有优先发送权的上位计算机首先发出启动通信的命令，下位机的HOSTLINK通信单元收到该命令后，传送给PLC来执行，然后将PLC处理后的结果返回给上位计算机，通信中的数据轮流进行交换，单位为帧。三、欧姆龙HOSTLINK通信协议上位计算机与PLC进行通信时，应满足HOSTLINK通信协议规定的通信命令块及响应块的格式、通信中帧的大小和FCS校验等要求。在通信时，上位计算机是具有主动权，PLC则是来被动的执行命令。在建立通信前，需在PLC的HOSTLINK单元上设置通信的单元号及通信方式，波特率，奇偶校验等相关的通信参数。上位计算机的通信参数须和HOSTLINK单元的通信参数设置一致。三、欧姆龙HOSTLINK通信协议1、测试命令测试命令是指从主机向PLC发送一个数据块，PLC不加修改地返回给主机。2、读IR区命令从指定的通道开始，连续读出指定数目的IR区通道的内容。3、写IR区命令从指定的通道开始，一个通道接着一个通道地把数据写入IR区。四、配料监管系统设计1、系统构成配料监管系统硬件由上位计算机、欧姆龙PLC、2台BBA238台秤和对应的操作面板组成。配料监管系统构成图1、系统构成系统中的上位计算机的任务是实现包括新建、修改、删除、调用和查询功能的配方管理；监控配料操作中的实时生产数据，并将有效的称重信息写入ACCESS数据库中；完成数据查询和分类统计功能等。欧姆龙PLC主要负责采集配料现场中操作面板的确认信号，并在处理后输出相应信号到指示灯。上位计算机通过RS232串口实现与欧姆龙PLC的通信，完成指定通道的读/写操作。梅特勒托利多IND236称重仪表接收秤台中称重传感器的模拟量信号，并转换为重量值进行显示，上位计算机通过RS232通信实时读取称重信息和仪表去皮功能，完成对IND236的读/写操作。2、工作流程配料监管系统流程图3、程序设计（1）上位机程序（2）PLC程序（1）上位机程序配料监管系统以VISUALBASIC和ACCESS为基础进行设计，程序重点在于开发上位计算机与欧姆龙PLC和称重仪表IND236的RS232通信程序，另一方面要开发读写ACCESS数据库和EXCEL表格的程序。上位计算机与称重仪表的通信是基于VB中MSCOMM控件来完成的，设置相关属性值参数与IND236串口通信参数一致，调用相应事件来获取称重仪表的重量信息。称重仪表IND236要设置为连续输出模式，在该模式下仪表连续输出18个字节的数据帧，根据梅特勒托利多标准连续输出模式的格式说明，数据帧的第五至第十字节表示称重值，编写子函数程序来获得重量值，并根据CTPZ命令集的格式来发送去皮命令“T”实现远程去皮操作。（1）上位机程序上位计算机通过HOSTLINK通信协议与欧姆龙PLC来进行通信，上位计算机作为HOSTLINK通信的主站，主动发送读取或更改PLC数据的命令帧，PLC作为HOSTLINK通信的从站，在收到命令后执行该命令，并将响应帧返回给主站。命令帧或响应帧的格式要符合HOSTLINK通信协议的标准，格式包括需要进行通信的内容，须按照其格式进行装配、拆卸、识别，正确筛选出数据及需要的状态信息。上位机发送读/写数据的命令帧，PLC执行后返回响应帧。下图读取20通道数据的命令帧和响应帧，读取20通道的内容为0012H。（1）上位机程序读写ACCESS数据库是使用VB中的ADODATA控件来实现的，首先需定义连接对象和记录集对象，通过配置该控件的属性来连接指定目录下的数据库，完成对数据库的指定表中记录的增加、修改、删除和筛选。操作EXCEL表格首先要在VB工程中声明EXCEL类、工作薄类和工作表类，通过XLAPPWORKBOOKSADD方法来新建EXCEL表，通过XLAPPWORKBOOKSOPEN实现打开指定目录的EXCEL表，用KILL语句实现删除指定目录的EXCEL表。（2）PLC程序在PLC程序中，输入点I001表示称重仪表1的确认按钮，2004表示称重仪表1的确认条件，上位计算机读取2004的状态来判断称重仪表1是否有确认动作；输入点I101表示称重仪表2的确认按钮，2001表示称重仪表2确认条件，上位计算机读取2001的状态来判断称重仪表2是否有确认动作。程序中的DIFU指令是上升沿微分指令，TIM是定时器指令。（2）PLC程序配料监管系统PLC程序（1）系统登录（2）配方管理（3）配料操作（4）数据查询（5）系统管理（6）分类统计4、系统功能（1）系统登录配料监管系统登录界面用户登录功能的实质是比对数据库的表中的记录是否相匹配，用户名采用COMBOBOX控件进行显示。（1）系统登录配料监管系统主界面（2）配方管理配方管理功能用来实现配方的新建、查询、修改和删除，可在该界面中选择配方并调用。企业中的配方都通过EXCEL表的形式进行保存和传输，所以配方管理功能的实现的过程就是VB对EXCEL表进行新建、读取、写入，删除和修改的过程，并采用FILELISTBOX控件将路径为“D配料系统配方”的文件定位并列举出来，该控件用来显示所选择XLS文件类型的文件列表。并通过LISTVIEW控件将选择的配方内容显示出来，做到一目了然。配方管理界面（3）配料操作配料操作界面显示了调用配方信息和配料操作过程信息，系统根据工作流程来完成配料操作。配料操作界面（4）数据查询数据查询界面中下侧为查询结果显示表格，表中字段其中包括日期、时间、配方名、批数、配料号、配料名、理论值、实际值、差值、超差、总重量、备注、秤和操作员。数据查询之前应该选择查询条件，可根据需求进行查询条件的灵活组合。数据查询界面（5）系统管理1）用户设置2）系统帮助3）通信测试4）数据导出1）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。添加功能的实现，就是向数据库表格中用INSERT语句插入新的记录。修改用户密码功能的实现，实质就是用UPDATE语句在数据库的表格中更新已有的记录。删除功能的实现，就是在数据库表格中用DELETE语句删除已有的记录。用户设置界面2）系统帮助显示各个功能的帮助说明，该功能的实现是用了SSTAB控件。系统帮助界面3）通信测试用于测试上位机与两台仪表、上位机与PLC通信是否正常。与仪表通信测试界面与PLC通信测试界面4）数据导出数据导出功能用于当系统运行一段时间后，需要对已存记录进行导出到EXCEL。数据导出界面实现对每种配料的使用总量和已完成配料情况进行分类统计，并在指定路径下保存。（6）分类统计分类统计界面（6）分类统计分类统计表格结论与展望本课题来源于饲料厂的生产需求，在分析国内外配料系统的现状后，根据该厂的实际生产水平设计和开发了该配料监管系统。该系统结构包括上位机、欧姆龙PLC及2台BBA238台秤，并对欧姆龙PLC和梅特勒托利多台秤的特点进行分析，着重研究了HOSTLINK通信协议和梅特勒托利多标准连续输出协议。通过RS232C实现上位机与PLC，上位机与台秤的串口通信。配料系统软件运行在上位机，主要进行配方的新建、调用、查询、修改和删除；实时监控配料操作过程，采集2台BBA238台秤的数据并存入ACCESS数据库中；对历史数据查询，统计每种配料的使用量等。欧姆龙PLC接受操作面板的输入信号并输出相应工作状态信号。上位机使用RS232C端口，通过HOSTLINK通信实现对欧姆龙