配料监管系统开发与设计

分类号密级UDC学校代码11065硕士学位论文基于梅特勒托利多称重仪表的配料监管系统焦建静指导教师徐世许教授学科专业名称控制工程论文提交日期论文答辩日期答辩委员会主席摘要在化工、冶金、建材、食品、饲料加工等行业的生产过程中，原料的配料环节是生产的关键，配料的优劣直接影响着产品的质量和企业的效益。在配料生产中，经常会遇到多个种类的物料按照不同配比形成多个配方的情况。传统的人工操作模式存在操作繁琐的缺点，更为不利的是缺乏有效的监管系统易出现不规范操作，导致物料重量和种类不符合标准配方的要求，导致配料质量下降，给生产带来不良因素。设计配料监管系统，实现配方管理、配料操作监控、数据查询、生产数据管理等功能，对生产过程进行有效监管，减少了人为的误操作，满足生产工艺的要求。本课题主要工作集中在（1）介绍了梅特勒托利多智能工业台秤的分类和特点，着重介绍了BBA238的硬件组成和功能，分析了梅特勒托利多标准连续输出协议和CTPZ命令集。（2）介绍了欧姆龙HOSTLINK串行通信协议的通信原理，着重分析了测试、读IR区和写IR区命令。（3）在深入了解希杰饲料企业的配料工艺要求和配料环节的控制方式的基础上，提出了配料监管系统的整体方案，该系统硬件包括梅特勒托利多工业台秤、上位计算机和PLC等，以可视化编程工具VISUALBASIC60为开发平台，设计了配料监管软件，实现配方管理、配料操作、数据查询追溯、物料分类统计的功能，该系统运行稳定可靠。经过安装和调试，系统运行良好，采用配料监管控制模式，并可以通过网络实现多个配料点的集合控制，提高生产过程的自动化水平，减少了人为的误操作，满足生产工艺的要求。关键词VISUALBASICPLC配料监管数据追溯ABSTRACTINTHECHEMICALINDUSTRY,METALLURGY,BUILDINGMATERIALS,FOODANDFEEDPROCESSINGINDUSTRIESSUCHASTHEPRODUCTIONPROCESS,THERAWINGREDIENTSARETHEKEYASPECTSOFTHEPRODUCTION,THEINGREDIENTSDIRECTLYAFFECTTHEEFFECTIVENESSOFTHEQUALITYOFPRODUCTSANDBUSINESSESINTHEPRODUCTIONOFINGREDIENTS,OFTENENCOUNTERSITUATIONSSEVERALRECIPESTOFORMAPLURALITYOFTYPESOFMATERIALSINACCORDANCEWITHDIFFERENTPROPORTIONSTHETRADITIONALMODEOFEXISTENCETEDIOUSMANUALOPERATIONDRAWBACKISTHELACKOFMOREUNFAVORABLEEFFECTIVEREGULATORYSYSTEMPRONETONONSTANDARDOPERATIONS,RESULTINGINWEIGHTANDTYPEOFMATERIALDOESNOTMEETTHEREQUIREMENTSOFTHESTANDARDFORMULA,RESULTINGINLOWERQUALITYINGREDIENTSTOPRODUCEADVERSEFACTORSDESIGNBATCHINGREGULATORYSYSTEM,RECIPEMANAGEMENT,BATCHINGOPERATIONMONITORING,DATAQUERY,DATAMANAGEMENTANDOTHERFUNCTIONS,EFFECTIVEMONITORINGOFTHEPRODUCTIONPROCESS,REDUCINGTHEHUMANMISUSE,TOMEETPRODUCTIONREQUIREMENTSTHEMAINSUBJECTOFTHEWORKFOCUSEDON1DESCRIBESTHEMETTLERTOLEDOINTELLIGENTINDUSTRIALSCALESCLASSIFICATIONANDCHARACTERISTICS,HIGHLIGHTINGBBA238HARDWARECOMPONENTSANDFEATURES,ANALYSISOFMETTLERTOLEDOSTANDARDCONTINUOUSOUTPUTPROTOCOLSANDCTPZCOMMANDSET2DESCRIBESTHECOMMUNICATIONPRINCIPLEOMRONHOSTLINKSERIALCOMMUNICATIONPROTOCOL,ANALYZESTHETEST,READANDWRITEIRIRREGIONAREACOMMAND3TOLINKTHEINGREDIENTSFORTHESTUDY,INDEPTHUNDERSTANDINGOFBATCHINGSYSTEMPROCESSREQUIREMENTSANDEXISTINGCONTROLMETHODSONTHEPROPOSEDREGULATORYSYSTEMOVERALLSCHEMEOFINGREDIENTS,THESYSTEMHARDWAREINCLUDESMETTLERTOLEDOINDUSTRIALSCALES,PCCOMPUTERANDPLCTOVISUALPROGRAMMINGTOOLSFORVISUALBASIC60DEVELOPMENTPLATFORMDESIGNEDINGREDIENTSSUPERVISIONSOFTWARE,RECIPEMANAGEMENT,BATCHINGOPERATIONS,DATAQUERYTRACEABILITY,MATERIALSCLASSIFIEDSTATISTICALFUNCTIONS,THESYSTEMHASHIGHRELIABILITY,LOWFAILURERATE,ETCFEATURESAFTERINSTALLATIONANDCOMMISSIONING,THESYSTEMISRUNNINGWELL,USINGINGREDIENTSREGULATORYCONTROLMODE,ANDCANBEACHIEVEDTHROUGHANETWORKSETPOINTCONTROLOFMULTIPLEINGREDIENTS,INCREASETHELEVELOFAUTOMATIONOFTHEPRODUCTIONPROCESS,REDUCINGTHEHUMANMISUSE,TOMEETPRODUCTIONREQUIREMENTSKEYWORDSVISUALBASICPLCINGREDIENTSREGULATORYDATATRACEABILITY目录第一章绪论111课题的背景112课题研究目的和意义113国内外研究动态214本文主要完成的工作2第二章梅特勒托利多工业台秤及标准连续输出协议421梅特勒托利多工业台秤422工业台秤BBA2385221BBA238的特点5222BBA238组成部分6223梅特勒托利多称重仪表IND236723梅特勒托利多标准连续输出协议924梅特勒托利多的CTPZ命令集11第三章欧姆龙HOSTLINK通信协议1331HOSTLINK通信协议简介13311测试命令13312读IR区命令14313写IR区命令15第四章配料监管系统设计1641设计方案16411系统结构16412工作流程17413程序设计1842系统功能20421系统登录20422配方管理23423配料操作26424数据查询31425系统管理36426分类统计41第五章总结分析47参考文献48攻读学位期间的研究成果50致谢51学位论文独创性声明52学位论文知识产权权属声明52第一章绪论11课题的背景配料环节是化工、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。传统的配料方式为人工模式，人工操作模式不仅效率低，而且因配料现场噪音大、粉尘多、环境恶劣等因素严重损害工人健康状况，更重要的是缺乏有效的监管措施，将人为误差进入到了配料环节，使配料的精度和质量得不到可靠的保证，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、数量和原料的库存情况，这就可能导致购买原料不及时或过多的问题，更严重的是不能及时了解配料产品的库存情况。这可能延误了产品的生产安排，进而造成经济上不可挽回的损失1。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。针对这些情况，本课题进行了配料监管系统的开发和设计，并完成在生产线上的安装和调试，且稳定运行。近几年来随着计算机控制系统的发展和广泛应用，配料监管控制方案也在不断改进。目前，配料监管系统的过程控制可由PLC来实现，上位计算机来完成配方管理、屏幕人机对话、数据查询追溯、生产数据统计分析的工作。在微处理器技术发展的推动下，配料系统中的称量仪表也在不断地更新换代，使得智能称重仪表已在工业领域得到普遍应用。称量仪表的性能也变得越来越强大和丰富，具备了清零和去皮的基本称重功能，同时也支持多种通信方式2。结合配料监管系统的实际工作情况，采用VISUALBASIC60作为开发平台，欧姆龙CP1E系列PLC作为执行机构，来实现对配料监管的运行操作与状态监控。12课题研究目的和意义在众多行业的工业生产过程中，原料的配料环节是产品生产的关键，配料的优劣直接影响着产品的质量和企业的效益，同时配料效率也决定了产品的质量能耗、成本等各项经济指标。原料成分稳定、配料组成成分均匀对生产效益起着关键性的作用。在工业生产中，经常会遇到多种物料按不同配比或种类形成多个配方的情况。在传统手工操作模式下，需要根据生产配方，人工添加物料量的重量达到标准，这种人工操作方式缺乏有效的监管手段，给生产带来不良因素，并且生产数据无法实时的查询和保存。然而自动配料生产线的成本和复杂的操作使得中小企业望而却步，这就不利于提供生产的自动化水平和效率。因此开发一种新型和简单易用的配料监管控制方式对于中小企业的生产有着很重要的意义，通过配料监管软件，实现配方管理、配料操作控制、数据查询追溯、生产数据管理等功能，实现配料操作过程的监管控制，减少人为因素，提供配料工艺的精度。13国内外研究动态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1。我国的饲料工业在70年代后期才开始逐步形成规模，在起步较晚的情况下，随着国家颁布饲料工业发展的相关草案后，饲料工业发展速度较快，并取得了显著的进步和成果3。饲料工业的迅速发展离不开饲料机械工业的不断进步，饲料机械工业已经由原来的采购国外饲料加工设备和生产线的情况逐步改善到可自主研发出国产的成套的饲料加工设备，并且这其中以2T/H和25T/H为代表的生产设备性能已经达到国际化水平，极大的推动了饲料行业的发展。饲料加工设备的高效率和稳定运行得益于的电气控制系统的不断升级，电气控制系统的自动化水平和复杂配料工艺的精细化控制也得到很大的提升。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，在该模式下因人为因素导致生产质量无法保证。14本文主要完成的工作本课题的研究以梅特勒托利多的工业台秤BBA238为硬件基础，以可视化编程工具VISUALBASIC60为软件基础进行设计和开发，分析研究了BBA238的特性及功能，在工业中的广泛应用，并研究了欧姆龙HOSTLINK协议的通信原理，研究了VB中多个控件的属性和事件方法，进行编程、调试和分析，主要工作集中在分析饲料工业中配料环节现状，阐述了梅特勒托利多工业型台秤的分类和特点，重点介绍了BBA238的硬件配置和功能。阐述了欧姆龙PLC的分类和特点，重点介绍了CP1E的硬件组成和功能，研究了欧姆龙HOSTLINK协议的通信原理。介绍控制系统的设计方案，包括系统硬件构成和配料工作流程，着重研究VB中MSCOMM控件的属性和事件方法，进行编程、调试和分析，设计开发配料监管系统，对人工配料的全程进行数据采集与记录，实现规范化管理，从而提高配料质量。系统经调试已投入运行，完全达到预期目的。最后进行了总结分析。第二章梅特勒托利多工业台秤及标准连续输出协议21梅特勒托利多工业台秤梅特勒托利多作为全世界精密仪器和衡器飞领先的制造商，其产品种类和系列齐全，涵盖了包括实验室分析仪器、工业衡器、商业衡器、称重系统、天平在内的众多领域。梅特勒托利多的工业台秤应用于在生产要求快速和准确称量的场合，其出色的混合、计数和自动检重的功能也满足了工业领域的特定要求，进而有效的提高了工业生产过程的速度。梅特勒托利多的工业台秤防护等级达到IP69K使得它能在任何恶劣的工业环境中稳定工作。产品提供了从06至600KG不等的称重量程范围，而称重精度却高达60,000E，产品设计巧妙，占用生产空间小可方便摆放，提供可选软件包实现了不同的创新称重功能，友好的操作界面简化用户操作，实现以较少的劳动力获得最高的生产效率。梅特勒托利多基本型工业秤是以合理的价格提供可靠且坚固耐用的秤，其产品因功能、应用行业和适应环境不同而进行分类。这其中较为普遍和具有代表性的产品包括计数秤、超载/欠载检重秤、平台秤、基本型工业秤等。1计数秤计数秤的产品包括多功能计数秤ICS685、先进的计数秤ICS465、基本计数秤ICS445、紧凑式计数秤ICS241等。现以多功能计数秤ICS685为例介绍计数秤的特点和功能。ICS685计数秤是专门用于快速生产，为生产提过精确计数。它的特点是（1）配备的真彩TFT显示屏使得操作更加直观，在称重信息读取时更加清晰，将实际称重或计数结果与目标值比较后通过不同颜色清楚的表示出高于，低于或符合的状态，主要功能灵活耐用。（2）选用了坚固的铸铝外壳和耐用的轻触薄膜键盘，使得防护等级达到了IP65，提高了耐久性与灵活性，利用可更换的电池套件可支持最多可持续15小时的移动操作。（3）显示分度数最高可达610000D；全自动校准技术FACT；量程从06KG到600KG。（4）智能计数功能，最多可连接4个秤台；平均单重优化；高级用户操作向导。（5）具有强大的数据统计和累加功能，可实现对称重和计数历史数据的追溯。2超载/欠载检重秤超载/欠载检重秤的产品包括超载/欠载中的检重秤ICS669和ICS449，以ICS669为例说明该产品的特点。使用ICS669可以实现对多个重量范围（等级）进行检重的功能，也就是分级功能，ICS669通过用户管理功能有效提高了安全性，采用坚固的材质与双重密封技术来确保防尘防水。全彩TFT屏幕提供出色的可读性。3PFA220平台秤PFA220平台秤为坚固耐用无框碳钢结构，可实现快速称重，适合应用于货物拼装、转运、出货/接收等行业，也可为初始企业节省成本效益。提高了操作速度和生产效率。4基本型工业秤基本型工业秤的产品包括不锈钢台秤BBA236和BBA238、经济型工业台秤BBA231和台秤BBA211。这类台秤的最大特点是在恶劣与潮湿的工业环境下也能实现精确的称重和稳定的工作。22工业台秤BBA238221BBA238的特点工业台秤BBA238采用坚固耐用的不锈钢秤体，该秤配有密封焊接称重传感器，操作简易和移动方便。它适合直接称重、超重/欠重检重、平均单重优化计数、总计、动物称重等场合。它的特性和优点是（1）配备的液晶显示器的白色背光可以根据灯光条件进行调节来保证显示清晰，方便读取称重信息；（2）面板设置实现开/关、归零、去皮、清除、打印功能的操作键，另外设置可根据需求自定义功能的按键；（3）采用坚固耐用的不锈钢材质和密封焊接技术，使得包含称重传感器在内的秤台即便是在恶劣环境中也能稳定和长久使用，防护等级达到IP68/IP69K。（4）秤台设计精密且坚固，达到卫生标准，开放的结构便于快速和彻底地完成清洁。（5）配备可充电电池，在断电情况下仍可连续使用80小时。BBA238的规格如表21所示。表21BBA238规格表最大秤值600KG显示分度值200G典型显示分度数6000D秤台尺寸600X800MM材质终端外壳不锈钢14301/AISI304秤台架不锈钢14301/AISI304称重盘拉丝不锈钢14301/AISI304称重传感器不锈钢、密封键盘7个薄膜按键（开/关、归零、去皮、功能、清除、打印，功能1和2）显示器7段60MM/236“，带白色背光的液晶显示器电源85264VAC,50/60HZ防护等级终端IP65/IP67；秤台IP68/IP69K应用直接称重、超量/欠量检重、计数、累计、动物称重接口RS232特性可充电镍氢电池组功能日期和时间RTC，X10，打印、单位转换、目标存储配件不锈钢车、壁式安装支架222BBA238组成部分BBA238不锈钢秤硬件部分包括秤台、碳钢立杆和称重仪表。1秤台BBA238工业台秤采用的秤台为PBA655X，该秤台设计具有耐久性和可靠性，防护等级为IP65使其适用于干燥和灰尘污染的工业环境中，提供出色的称量和计数精确度，在货运、检测、制造、仓储、包装和运输等领域中应用广泛。该秤台最大称量范围是120KG/200LB，秤台尺寸是600MM800MM。BBA238秤体如图21所示。图21BBA238秤体2立杆BBA238不锈钢秤采用碳钢立杆，其强度、硬度、塑性、韧性和焊接性能都比较好，可锻可冲压性好，同时具有较好的抗腐蚀性，其尺寸为900MM，可满足工艺要求。3称重仪表BBA238不锈钢秤搭载的称重仪表为IND236，IND236工业秤重仪表为在多种称重应用中都提供灵活的解决方案。该仪表支持交流220V供电，为方便携带也可使用电池来供电。IND236可接收来自称重传感器的2MV/V和3MV/V模拟量信号，将该信号转换为重量值显示出来，IND236能够提供精确测量的称重量程范围从克到千克级不等。在IND236的标准应用中包括清零、去皮等基本称量功能，还提供了动态称重、动态检重、计数和累加等扩展功能。可预定义的打印模板通过打印输出命令向打印机和电脑的应用程序发送称重交易信息，完成打印和通信。223梅特勒托利多称重仪表IND236BBA238不锈钢秤采用的称重仪表为IND236，它的特点和功能是（1）IND236采用坚固耐用的不锈钢材质来达到防尘防水的要求。（2）可支持一个模拟称重传感器秤台，可同时支持最多4个350称重传感器。（3）提供可调节白色背光和图形图标的LCD显示器，在各种灯光条件下清晰读数。（4）通过85264VAC或内部电池组供电。（5）提供一个用于异步、双向通讯的标准串行端口（COM1）。（6）支持下列选件板实现RS232，RS422和RS485串行通信的电气隔离的COM2接口，USBDEVICE接口，离散的输入输出接口。（7）在面板上配备了实现清零，皮重，清除等基本称重功能的按键，还配置了的自定义功能按键和打印按键。（8）可以选择的主要计量单位和第二计量单位，包括克、千克、磅和盎司。（9）当采用电池供电时，具有自动关闭称重仪表和背光到时熄灭的特点，有益于节能和延长电池的使用寿命。IND236使用具有白色背光的半透式7段LCD显示器。主要字符高度是40MM。前面板如图22所示，包括显示器和键盘。图22IND236前面板2231通讯因配料监管系统运行在上位机上，上位机要实时显示称重仪表的重量值，并且要完成去皮功能，这就需要采用RS232C通信，这就需要在称重仪表和上位机上配置相同的串口参数。在称重仪表中的F4菜单项用于设置与通讯相关的参数。在称重仪表的F41用于配置COM1。在F41COM1为IND236仪表的默认通讯端口，采用RS232通讯方式。在其子菜单F411中用于配置COM1端口的连接协议或模式，可设置的选项如表22所示。表22COM1端口的连接协议或模式协议/模式描述打印（默认）打印当前称重模式下的重量相关信息自动打印自动打印当前称重模式下的重量相关信息SICS通过梅特勒托利多标准接口命令集SICS进行通讯连续输出通过梅特勒托利多连续输出方式进行通讯在F413端口参数的子菜单F4131中选择波特率，串行端口的波特率选项有1200，2400，4800，9600默认,19200，38400，57600，115200。在子菜单F4132中设置数据位及奇/偶校验位，可配置的选项有8位无校验默认，7位奇校验；7位偶校验；F4133子菜单用来设置是否启用XONXOFF流控制，可设置的参数有ON启用，OFF禁用默认；在F414配置校验和，只有在F411选为梅特勒托利多连续输出协议时，F414校验和参数才可配置。可配置的选项有ON启用，OFF禁用默认。串口参数配置正确是完成通信的第一步，也是关键的一步。2232安装电缆1连接器和电缆防水接头IND236使用标准（IEC320C14）电源插座和DSUB9连接器用于RS232通讯。为保证称重传感器和选配件的防水等级，采用防水接头与称重仪表进行连接。IND236称重仪表具备坚固耐用的外壳设计，使其适用于潮湿的工业环境。在安装进入称重仪表内部与外部选件进行连接时，需先将防水接头套过连接电缆，再进行连接，这样可保证良好的密封性和防潮性。电缆防水接头如图23所示。图23电缆防水接头2模拟称重传感器的连接对于承载模拟量信号的电缆，采用六芯的带屏蔽层电缆。称重传感器采用6线制连接，屏蔽层需要接地或接称重传感器的屏蔽线。按照7条传感器线的颜色和管脚注释完成接线。称重传感器接线管脚注释如表23所示。表23称重传感器接线管脚注释连接器引脚EXCSENSIGSHIELDSIGSENEXC传感器线正激励正反馈正信号线缆屏蔽负信号负反馈负激励3IND236的COM1串口连接对于IND236仪表，RS232连接器位于主板上。通讯电缆需先穿过防水接头然后再连接到仪表上的RS232连接器，这样可提高密封性。图24所示为主板上RS232连接器的定义及连接方式。这其中RXD表示RS232的接收，TXD表示RS232的发送，GND表示参考地。图24RS232连接器的定义及连接方式23梅特勒托利多标准连续输出协议上位机要实时读取称重仪表的重量值需将仪表的串口通信参数设置为连续输出模式。数据含有17或18个字节。梅特勒托利多大部分产品都支持连续输出模式。梅特勒托利多标准连续输出的格式如图25所示。图25标准连续输出的格式连续输出格式说明（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。（4）ASCII回车字符（0X0D）。（5）校检位仅当通信参数设置为启用校验和时才发送。校验和可检测数据发送过程中是否出现错误。表24、表25和表26分别列出了标准连续输出的状态字节A位、B位和C位的定义。表24状态字节A位的定义数位2，1和0210小数点位置000XXXXX00001XXXXX0010XXXXXX011XXXXXX100XXXXXX101XXXXXX110XXXXXX111XXXXXX数位4和343构建代码011102115数位5始终1数位6始终0表25状态字节B位的定义状态位功能数位0毛重0，净重1数位1符号，正0，负1数位2超出范围1（超过量程或低于零点）数位3动态1，稳定0数位4LB0，KG1（参见状态字节C，数位0，1，2）数位5始终1数位6上电后未捕捉到零1表26状态字节C位的定义数位2，1和0210重量描述000LB或KG，由状态字节B的数位4选择001克（G）010不使用011盎司（OZ）100不使用101不使用110不使用111无单位数位3打印请求1数位4扩展数据X101，正常0数位5始终1数位6始终024梅特勒托利多的CTPZ指令集上位机可完成远程的去皮功能依赖的是称重仪表的CTPZ指令，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。第三章欧姆龙HOSTLINK通信协议31HOSTLINK通信协议简介多台欧姆龙PLC通过扩展的HOSTLINK单元可与上位计算机进行连接从而搭建形成HOSTLINK网络通信系统。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5。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5。HOSTLINK通信中发送的命令或返回的响应是以块（一组传送的数据）为单位的。命令块是指由上位计算机传送给HOSTLINK单元的数据块，而响应块则是指由HOSTLINK单元传送到上位计算机的数据块。无论是命令块还是响应块，块起始部分都是设备号和标题，块结尾部分都是校验码（FCS）和结束符。在响应块中还包含了描述PLC执行结果的响应码5。通过HOSTLINK网络通信系统，上位计算机可统一监管系统中的PLC。上位计算机具有以下操作权限读取或修改PLC的工作状态，读取PLC的错误信息，读取或修改继电器区（IRHRARLR）和数据区DM的数据，读取或修改定时器和计数器的设定值及当前值，强制置位或复位某一指定通道或位，读取或修改PLC程序，读取或修改输入输出表等。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。在配料监管系统中用到的通信命令块与响应块介绍如下。311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。传送的每一帧均作为一块进行处理，而不管它使用的是结束符，还是分隔符。表31为测试的命令格式、响应格式和出现错误的响应。表31测试的命令格式、响应格式和出现错误的响应命令格式为单元号101100TS除CR以外的任意字符最大122个FCSCR响应格式为单元号101100TS除CR以外的任意字符最大122个FCSCR出现错误的响应为单元号101100TS响应码161160CR从PLC返回给上位计算机的响应块中含有反应执行结果的响应码。如果PLC成功完成上位计算机的命令，则返回的响应码为00，否则响应码中含有出错信息，响应吗含义如表32所示。表32响应码的含义响应码含义响应码含义00正常完成18帧长度错01不能在运行方式下执行19命令不可执行02不能在监控方式下执行20不能建立I/O表03不能在安装了PROM情况下执21PC的CPU出错行04地址溢出数据溢出22指定的内存单元不存在0B不能在编程方式下执行23指定的内存单元写保护0C不能在调试方式下执行A0因奇偶校验错而停止执行0D不能在LOCAL方式下执行A1因传输数据帧错而停止执行10奇偶校验错A2因传输数据超限而停止执行11帧错A3因传输数据FCS错而停止执行12超限A4因传输数据格式错而停止执行13校验码FCS错A5因数字型数据错而停止执行14命令格式错A8因帧长度错而停止执行15数据区错B0程序区不是16K字节而不能执行16指令未找到312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。表33为读IR区的命令格式和响应格式。表33读IR区的命令格式和响应格式命令格式为单元号101100RR起始通道号103102101100要读的通道数103102101100FCSCR响应格式为单元号101100RR响应码161160第一通道数据163162161160第二通道数据163162161160FCSCR313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。读IR区的命令格式和响应格式如表34所示。表34读IR区的命令格式和响应格式命令格式为单元号101100WR起始通道号103102101100第一个通道的数据163162161160第二个通道的数据163162161160FCSCR响应格式为单元号101100WR响应码161160FCSCR第四章配料监管系统设计41设计方案配料环节在饲料、冶金、建材、化工及食品等行业中是生产的关键，配料的优劣直接影响产品质量和企业效益。现有的配料过程主要由人工操作完成，操作难以做到标准化，配料精度不高，无法对整个配料过程进行有效监管和责任追溯。为此，设计开发配料监管系统，对人工配料的全程进行数据采集与记录，实现规范化管理，从而提高配料质量。系统经调试已投入运行，完全达到预期目的。411系统结构配料监管系统结构如图41所示，包括上位机、欧姆龙PLC及2台BBA238台秤。其中，上位机进行配方的新建、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；实现对历史数据查询和统计每种配料的使用量等。欧姆龙PLC完成接受操作面板的输入信号并输出相应工作状态信号的任务。上位机通过串口的HOSTLINK通信实现对欧姆龙PLC的读/写操作。BBA238台秤中称重传感器与梅特勒托利多IND236称重仪表相连，上位机通过串口通信实现对IND236的读/写操作，并实时获取重量数据和控制称重仪表完成去皮功能。上位机BBA238BBA238欧姆龙PLC秤1操作面板秤2操作面板RS232图41配料监管系统结构该系统的上位机需要通过串口与PLC进行RS232通信，PLC完成工作需要6个数字量输出点和2个数字量输入点，考虑系统的扩展要求，选择了带有30个DI/O的型号为CP1EN30DRA的欧姆龙PLC。CP1E可编程控制器的基本CPU单元不仅支持基本功能，应用CPU单元支持可编程终端连接、位置控制和变频器连接。主要特点为（1）并行包括内置3个端口的CPU单元USB，RS232C，RS485。（2）在型号为N30/40/60S1的CPU单元中RS232C连接器内缩了20MM。（3）通用的USB电缆可实现与计算机的连接。（4）通过E30/40/60S，N30/40/60S或NA20CPU单元，可扩展数字量I/O和模拟量I/O和温度输入单元。（5）输入中断。（6）丰富的高速计数器功能。（7）用于N14/20/30/40/60S或NA20CPU单元的晶体管输出的各种脉冲控制。（8）用于N14/20/30/40/60S或NA20CPU单元的晶体管输出的PMW输出。（9）向N30/40/60或NA20CPU单元安装串行选件板或ETHERNET选件板。（10）内置模拟量I/O，2个输入和1个输出，用于NA型CPU单元。欧姆龙CP1EPLC如图42所示。图42配料监管系统工作流程412工作流程用户在上位机上运行该软件，完成配方新建，一个配方可包括二十多种配料，对每种配料规定重量。对每台秤进行配方调用，接着进入配料操作。上位机操作界面显示配方信息，如配方名称、配料名称、配料理论值和配料误差，还包括配料操作过程的基本信息操作员、日期和时间、批数、配料名、配料号、实际值、理论值、总重量、配方名。配料操作时，人工添加配料，当配料实际值不在允许的配料误差范围内时，红色的超差指示灯亮；当配料实际值在该范围时，绿色的合格指示灯亮；当按下确认键，确认指示灯亮一下，系统将此时配料值存入数据库，并执行去皮操作，秤上重量变为0，配方编号、配料名称和配料理论值相应变为下一种配料信息，操作员继续下一种配料的操作，直到完成该配方所有配料的添加。配料监管工作流程如图43所示。否是否是开始调用配方继续下一种配料调整重量配料重量合格配方完成存储记录完成图43配料监管系统工作流程413程序设计1上位机程序设计系统软件基于VISUALBASIC和ACCESS开发，包括上位机与PLC串行通信，上位机与电子秤的串行通信，向ACCESS写入数据，数据查询与统计。电子秤的称重仪表IND236在连续输出模式下，能够通过串口向远程设备传输称重数据和秤的信息，连续输出格式为18个字节数据，把数据帧的第五至第十字节截取出，用VISUALBASIC中格式转换函数把ASCII码转换为十进制，即可获得重量数据。上位机与电子秤通信时，使用VISUALBASIC中的MSCOMM控件设置上位机的通信参数，应与IND236的通信参数相一致。因IND236连续输出模式下支持CTPZ指令集，上位机可直接发送大写字母“T”实现秤的去皮操作。上位机与欧姆龙PLC之间通信采用HOSTLINK通信协议，HOSTLINK通信采用主从方式，上位机作为主站，以命令帧形式发送读取或修改PLC数据的命令，PLC作为从站，HOSTLINK通信单元接收命令后交给PLC来执行，并返回响应帧来应答上位机。在命令帧或响应帧格式需遵循HOSTLINK通信协议的标准，这其中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。表41为读取20通道数据的命令帧，表42为其响应帧，读取20通道的内容为0012H。表41读命令帧表42响应帧使用VISUALBASIC中的ADO控件实现与ACCESS数据库连接，在VISUALBASIC工程中声明连接对象和记录集对象，设置控件属性值来连接数据库，以实现数据库的某个表中记录的添加、修改、删除和查询。使用MICROSOFTEXCEL90OBJECTLIBRARY控件实现对EXCEL的连接。在VISUALBASIC工程中定义EXCEL类、工作薄类和工作表类，连接后通过具体语句实现新建EXCEL表格，实现写入指定单元格内容；实现打开某个ECXEL表格并在修改后指定路径和名称以保存。00节点号命令码起始通道号要读的通道数FCSCRRR0200000100节点号命令码第一通道数据FCSCRRR1020响应码002PLC程序设计在PLC程序中，I001表示称重仪表1的确认按钮输入位，而位2004表示称重仪表1在VB程序中的确认条件，在另一输入通道的I101表示称重仪表2的确认按钮输入位，而位2001表示称重仪表2在VB程序中的确认条件，DIFU指令是上升沿微分指令，TIM是定时器指令。PLC程序如图44所示。图44配料监管系统PLC程序42系统功能该系统主要实现功能包括配方管理、配料操作、数据查询、分类统计和系统管理五大方面。配方管理用于实现配方的新建、查询、修改、删除并调用至系统中；配料操作用于实时监控配料车间的操作过程，显示实时数据并存入数据库中；数据查询用于实现对已存数据的查询显示与保存查询结果；分类统计用于统计每种配料的使用量和每批次的总重量；系统管理用于实现用户添加、系统帮助、通信测试以及数据导出功能。I001DIFU013W003W003T0022004TIM002102004I101DIFU013W004W004T0032001TIM003102001421系统登录双击配料监管系统的快捷方式，弹出用户登录界面，在用户名的下拉框中选择对应用户名，然后在密码处输入密码，单击确定就进入配料系统；如果单击取消则退出该系统；仅当密码连续3次输入错误时，该系统会自动退出。系统默认用户名为A、B、C，相对应密码是1、2、3。配料监管系统用户登录界面如图45所示图45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，数据库路径为D配料系统数据STUDMARKMDB，数据库中已建立名为“TA”的表，表格中包含“操作员姓名”“密码”两个字段，表中已存有操作员姓名为A、B、C，对应密码为1、2、3的记录。用户名采用COMBOBOX控件进行显示，系统自动获取已保存在数据库中的用户名信息，用户之间从下拉列表中选择即可，省去输入的麻烦。因为COMBOBOX控件支持在文本框内手动输入信息，也支持在下拉列表框内选择已有的项目，这种特点使得TEXTBOX控件和LISTBOX控件的特性有机的融合在该控件中。调用COMBOBOX控件的ADDITEM方法可添加下拉列表框中的项目，调用COMBOBOX控件的REMOVEITEM方法可删除下拉列表框中的项目。设置LIST、LISTCOUNT、和LISTINDEX属性，使访问COMBOBOX中的项目成为可能。COMBOBOX控件获取系统用户名程序代码如下ADODC1RECORDSOURCE“SELECTFROMTA“ADODC1REFRESHIFADODC1RECORDSETRECORDCOUNT0THENADODC1RECORDSETMOVEFIRSTFORX1TOADODC1RECORDSETRECORDCOUNTCOMBO1ADDITEMADODC1RECORDSETFIELDS“操作员姓名“VALUEADODC1RECORDSETMOVENEXTNEXTXENDIF身份验证功能的实现是首先判断用户名和密码是否为空，当为空时，弹出消息框提示用户输入完整信息，当不为空时，判断用户名和密码是否匹配。根据用户在下拉框的选择的用户名，从数据库中依次比对，当匹配上时进入系统，跳转到系统打印界面，当不匹配时，弹出消息框提示用户“密码错误，请重新输入密码”，当用户连续三次输错密码时，系统弹出消息框“密码输入错误，请向系统管理员查询”然后退出系统。确定按钮功能实现的程序代码如下所示IFTRIMTEXT1TEXT“THENMSGBOX“密码不能为空“,“系统提示“EXITSUBENDIFIFTRIMCOMBO1TEXT“THENMSGBOX“操作员不能为空“,“系统提示“EXITSUBENDIFDIMMESSAGEASSTRINGADODC1RECORDSOURCE“SELECTFROMTAWHERE操作员姓名“TRIMCOMBO1TEXT“ADODC1REFRESHWITHADODC1RECORDSETIFRECORDCOUNT0THENIFTEXT1TEXTTRIMFIELDS“密码“THENLOADFORM7FORM7SHOWMEHIDEELSEMSGBOX“密码错误，请重新输入密码“,“系统提示“TIMTIM1IFTIM3THENMESSAGEMSGBOX“密码输入错误，请向系统管理员查询“,0,“IFMESSAGEVBOKTHENENDENDIFTEXT1SETFOCUSTEXT1TEXT“ENDIFENDIFENDWITH进入配料监管系统，主界面的菜单栏包括配方管理、配料操作、数据查询、分类统计、系统管理和退出系统；主界面下侧为系统基本信息，包括日期、时间和当前操作员。配料监管系统主界面如图46所示图46配料监管系统主界面422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。因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。通过设置FILELISTBOX控件的PATH属性为指定的文件夹目录，该控件进行文件定位并以列表的形式显示所设定文件类型的文件信息，包括文件名和文件类型。LISTVIEW控件可用来显示包含图标和文本的项目。在控件中可调整列表中字段的排列顺序和外观。通过LISTVIEW控件的LISTITEM对象定义控件中显示项目的列宽和字体等特性，可在应用程序设计时通过LISTVIEW控件的ADD方法添加列表头对象。配方管理界面如图47所示图47配料监管系统配方管理界面VB要实现对EXCEL的任何操作都要首先定义EXCELAPPLICATION、EXCELWORKBOOK和EXCELWORKSHEET，通过XLAPPWORKBOOKSADD方法实现EXCEL的新建，通过XLAPPWORKBOOKSOPEN实现打开指定目录的EXCEL表进行修改，用KILL语句实现删除指定目录的EXCEL表。1新建配方单击“新建配方”按钮，系统会弹出“请输入配方名称”的对话框，如图48所示；在对话框中输入新建配方的名称，然后单击确定，系统会弹出以刚输入的配方名命名的EXCEL表格，表中自动生成配方模板，包括配料编号、配料名称，配料理论值、配料误差和总理论值，用户在对应的单元格位置输入配方内容，编辑完成后先保存后关闭EXCEL，在“选择配方”列表框内就出现了刚新建的配方。图48配料监管系统新建配方界面2查询配方单击查询配方可以查看保存在系统默认文件夹（D配料系统配方）的所有格式为XLS配方文件，配方名显示在选择配方的列表框内；当单击某个配方文件名时，可查看配方的详细内容。此功能方便用户导入与导出配方，可把常用配方直接拷贝到系统默认文件夹下，通过查询配方，刚刚导入的配方就会显示在选择配方的列表框内。3修改配方修改配方前需选择要修改的配方，如果没有选择配方的话，系统会提示请先选择配方，选择完配方后，单击“修改配方”，系统会弹出提示对话框，如图48所示，提示用户是否确定修改配方，如果确定修改，单击“确定”，系统弹出该配方的EXCEL对话框，用户可修改，修改完后先保存后关闭EXCEL。图49配料监管系统修改配方界面4。删除配方删除配方前需先选择要删除的配方，如果没有选择配方的话，系统会提示请先选择配方，选择完配方后，单击“删除配方”，系统会弹出提示对话框，如图410所示，提示用户是否确定删除配方，如果确定删除，单击“确定”，即完成了删除配方。图410配料监管系统删除配方界面5调用配方在“选择配方”的列表框中选择需要调用的配方名，选完后单击“秤1配方调用”，系统会弹出“配方XX调用成功”的消息提示框（XX是选择的配方名称，例如图中选择了配方321XLS），如图411所示；