基于梅特勒托利多称重仪表的配料监管系统

1、分类号：TP273 密级：不保密UDC：62 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 控制工程论文答辩日期 2015年06月06日1 / 87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配方的情况，由于缺乏有效的监管，传统的人工操作极易出现不规范情况，导致物料重量和种类不符合标准配方的要求，使配料质量下降，给生产带来不良影响。针对这种情况，本文设计配料监管系统，实现配方管理

2、、配料操作监控、数据查询、生产数据管理等功能，对人工配料生产过程进行有效监管，减少人为误操作，提高配料质量。本课题工作主要集中在：（1）根据梅特勒-托利多智能工业台秤的分类和特点，分析了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。介绍了欧姆龙HOST LINK串行通信协议。（2）在研究饲料配料工艺要求和配料环节控制方式的基础上，提出了配料监管系统的硬件设计方案，系统包括梅特勒-托利多工业台秤、上位计算机和PLC等，上位计算机与台秤、PLC分别通过RS-232通信交换数据。（3）以可视化编程工具Visual Basic 6.0为开发平台，设计了配料监管软件

3、，实现配方管理、配料操作、数据查询、历史追溯、物料分类统计的功能，完全满足配料生产的需求。系统安装和调试后，运行稳定可靠，已在全国八家饲料企业推广应用。实际使用效果表明，该系统有效减少了配料的人为误操作，显著提高配料生产监管水平。关键词：工业台称；配料监管；数据追溯；PLC；VBAbstractIn the production process of the chemical industry, metallurgy, building materials, food, fodder processing and other industries, ingredient batching is

4、 the key to the production. The ingredients directly affect the quality of products and the benefit of businesses. In ingredient batching, a situation that materials of various kinds form recipe according to different proportions often appears. Due to the lack of effective supervision, the irregular

5、ities appear easily with traditional manual operation. It leads that weight and types of materials dont meet the standard recipe requirements. The quality of ingredient batching is declined. An adverse effect is brought in the production. In view of this situation, an ingredient monitoring system is

6、 designed. Recipe management, ingredient batching operation monitoring, data query, data management and other functions can be realized. The main study is as follows.(1) According to the classification and characteristic of Mettler-Toledo intelligent industrial scale, the hardware components and fea

7、tures of the BBA238 are analyzed.The standard continuous output protocol and the CTPZ commands of MettlerToledo are analysed. Omron HOST LINK serial communication protocol is also introduced.(2) On the basis of research of the technological requirements of feed batching and control mode of batching,

8、 the design of ingredient batching monitoring system is proposed, which includes METTLER-TOLEDO industrial scale, host computer and PLC. Host computer exchanges data with scale, PLC respectively via RS-232 communication.(3) Using Visual Basic 6.0 as the development platform, the ingredient batching

9、supervision software is designed. Recipe management, batching operation, data query, historical data trace and material classified statistics can be achieved.After installation and Debugging, the system operation is stable and reliable.It has been applied in eight feed enterprises. Actual results sh

10、ow that the system is effective in reducing artificial errors, which significantly improves the supervision level of ingredient batching.Key words: Industrial scale; Ingredient batching supervision; Data trace; PLC; Visual Basic目 录第一章 绪论11.1 课题的背景11.2 课题研究目的和意义11.3 国内外研究动态21.4 本文主要完成的工作2第二章 梅特勒-托利多工

11、业台秤及标准连续输出协议52.1 梅特勒-托利多工业台秤52.2 工业台秤BBA23862.2.1 BBA238特点62.2.2 BBA238组成部分72.2.3 梅特勒-托利多称重仪表IND23682.3 梅特勒-托利多标准连续输出协议102.4 梅特勒-托利多的CTPZ指令集12第三章 欧姆龙HOST Link通信协议133.1 HOST Link通信协议简介133.2 测试命令133.3 读IR区命令153.4 写IR区命令15第四章 配料监管系统设计174.1 设计方案174.1.1 系统结构174.1.2 工作流程184.1.3 程序设计194.2 软件设计214.2.1 系统登录2

12、24.2.2 配方管理244.2.3 配料操作274.2.4 数据查询334.2.5 系统管理384.2.6 分类统计42第五章 总结分析47参考文献49攻读学位期间的研究成果51致谢53学位论文独创性声明55学位论文知识产权权属声明55第一章 绪论 1.1 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1，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2。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

13、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3，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4，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。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5。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

14、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5。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。结合配料监管系统的实际工作情况，采用Visual Basic 6.0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。1.2 课题研究目的和意义在众多行业的工业

15、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6，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7。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7。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10，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

16、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。1.3 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7，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。3C(Communication，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，

17、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6。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2.5t/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7。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

18、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。1.4 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Visual Basic 6.0为软件基础进行设计和开发，分析了BBA238的特点、功能以及其在工业中的广泛应用，并研究了欧姆龙HOST Link协议的通信原理，着重研究了VB中多个控件的属性、事件和方法，并进行系统的编程、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

19、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HOST Link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2.1 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

20、、工业衡器、商业衡器、称重系统、天平在内的众多领域8。梅特勒-托利多的工业台秤应用于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9。产品提供了从0.6至600 kg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了可靠且坚固耐用的秤，其

21、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，为生产提供精确计数。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地表示出高于、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

22、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0.6 kg到600 kg。（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

23、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。2.2 工业台秤BBA2382.2.1 BBA238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

24、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11。（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的最大秤值、

25、显示分度值、材质、称重传感器、键盘、显示器、电源、防护等级、接口、特性、应用、功能和配件的详细规格如表2.1所示。表2.1 BBA238规格表最大秤值600 kg显示分度值200 g典型显示分度数6000 d秤台尺寸600 x 800 mm材质终端外壳：不锈钢 (1.4301 / AISI304) 秤台架：不锈钢 (1.4301 / AISI304)称重盘：拉丝不锈钢 (1.4301 / 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/2.36"，带白色背光的液晶显示器电源85.264 VAC, 50/

26、60 Hz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RS-232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2.2.2 BBA238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，

27、秤台尺寸是600mm*800mm。BBA238秤体如图2.1所示。图2.1 BBA238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IND

28、236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。2.2.3 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85264V AC或内部电池组供电。（5）提供一个用于异步、双向通讯的标准

29、串行端口（COM1）。（6）支持下列选件板：实现RS-232，RS422和RS-485串行通信的电气隔离的COM2接口，USB Device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40 mm。前面板如图2.2所示，包括显示器和键盘。图2.2 IND236前面板2.2.3.1 通讯因

30、配料监管系统运行在上位计算机上，上位计算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RS-232通信，这就需要在称重仪表和上位计算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F4.1用于配置COM1。COM1为IND236仪表的默认通讯端口，采用RS-232通讯方式，在其子菜单F4.1.1中用于配置COM1端口的连接协议或模式，可设置的选项如表2.2所示。表2.2 COM1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S

31、ICS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F4.1.3端口参数的子菜单F4.1.3.1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F4.1.3.2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；F4.1.3.3子菜单用来设置是否启用XON-XOFF流控制，可设置的参数有：On启用，Off禁用 默认；在F4.1.4配置校验和，只有在F4.1.1选为梅特勒-托利多连续输出协议时，F4.1.4校验和参数才可配置。可配置的选项有：On启用，Of

32、f 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。2.2.3.2 安装电缆1连接器和电缆防水接头IND236使用标准（IEC320 C14）电源插座和DSUB-9连接器用于RS-232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2.3所示。图2.3 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

33、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2.3所示。表2.3 称重传感器接线管脚注释连接器引脚+EXC+SEN+SIGShield-SIG-SEN-EXC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，RS-232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RS-232连接器，这样可提高密封性。图2.4所示为主板上RS-232 连接器的定义及连接方式。这其中RxD表示RS-232的接收，TxD 表示RS-232的发送，Gnd表示参考地。图2.4

34、 RS-232连接器的定义及连接方式2.3 梅特勒-托利多标准连续输出协议上位计算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11。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2.5所示。图2.5 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<CR>字符（0x0D）。（5）校检位

35、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2.4、表2.5和表2.6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2.4 状态字节A位的定义数位2，1和0210小数点位置000XXXXX00001XXXXX0010XXXXXX011XXXXX.X100XXXX.XX101XXX.XXX110XX.XXXX111X.XXXXX数位4和343构建代码01×110×211×5数位5始终=1数位6始终=0表2.5 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 （

36、超过量程或低于零点）数位 3动态 = 1，稳定 = 0数位 4lb = 0，kg = 1 （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2.6 状态字节C位的定义数位2，1和0重量描述210000lb 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 x 10 = 1，正常 = 0数位5始终 = 1数位6始终 = 02.4 梅特勒-托利多的CTPZ指令集上位计算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

37、、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HOST Link通信协议3.1 HOST Link通信协议简介多台欧姆龙PLC通过扩展的HOST Link单元可与上位计算机进行连接，从而搭建形成

38、HOST Link网络通信系统。上位计算机按照HOST Link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13。HOST Link网络通信系统是基于HOST Link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HOST Link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 13。HOST Link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

39、算机传送给HOST Link单元的数据块，而响应块则是指由HOST Link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13。通过HOST Link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

40、信时，应满足HOST Link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HOST Link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17。上位计算机的通信参数须和HOST Link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。3.2 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。图3.1为测试的命令格式、响应格式和出现错误的响

41、应。单元号×101×100T S除CR 以外的任意字符(最大122个)FCSCR*命令格式为：单元号×101×100T S除CR 以外的任意字符(最大122个)FCSCR*响应格式为：单元号×101×100T S响应码CR*×161×160出现错误的响应为：图3.1 测试的命令格式、响应格式和出现错误的响应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。响应码含义如表3.1所示。表3.1 响应码的含义响应码含 义响应码含

42、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情况下执行21PC的CPU出错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1

43、6K字节而不能执行16指令未找到3.3 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。图3.2为读IR区的命令格式和响应格式。单元号×101×100R R起始通道号×103×102×101×100-命令格式为：要读的通道号×103×102×101×100FCSCR*-第一个通道数据×103×102×101×100单元号×101×100R R响应码×161×160-响应格式为：第二个通道数据

44、5;103×102×101×100FCSCR*-图3.2 读IR区的命令格式和响应格式3.4 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图3.3所示。单元号×101×100W R起始通道号×103×102×101×100第一个通道数据×102×101×100×103-命令格式为：第二个通道数据×103×102×101×100FCSCR*-响应格式为：单元号×1

45、01×100T S响应码CR*×161×160FCS图3.3 读IR区的命令格式和响应格式第四章 配料监管系统设计4.1 设计方案配料环节在饲料加工行业中占据十分关键的地位，配料的精度和品质直接决定着产品的优劣和生产效益22。在青岛希杰饲料企业中配料环节采用人工模式进行操作，在这种模式下缺乏有效的手段来规范化操作23，整个配料过程无法实现生产过程的监管和历史数据的记录，使得配料的精度降低。应企业要求，研制了配料监管系统，以期在原有配料操作模式的基础上实现配料生产数据的采集与保存，规范操作步骤，达到提高配料质量的目的24。系统经安装和调试，运行稳定。4.1.1 系统

46、结构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，结构图如图4.1所示。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到本地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RS-232串口实现与欧姆龙PLC的通信，完成指定通道的读/写操作22。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RS-232通信实时读取

47、称重信息和仪表去皮功能，完成对IND236的读/写操作。上位计算机BBA238BBA238欧姆龙PLC秤1操作面板秤2操作面板RS-232图4.1 配料监管系统结构该系统的上位计算机需要通过串口与PLC进行RS-232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CP1E-N30DR-A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，RS-232，RS-485。（2）在型号为N30/40/60

48、S(1)的CPU单元中RS-232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E30/40/60(S)，N30/40/60(S)或NA20 CPU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N14/20/30/40/60(S)或NA20 CPU单元的晶体管输出的各种脉冲控制。（8）用于N14/20/30/40/60(S)或NA20 CPU单元的晶体管输出的PMW输出。（9）向N30/40/60或NA20 CPU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，

49、用于NA型CPU单元。欧姆龙CP1E PLC如图4.2所示。图4.2 欧姆龙CP1E PLC4.1.2 工作流程操作人员在上位计算机中运行配料监管系统，首先在配方管理界面中完成新建配方，系统默认单个配方最多容纳20种配料，在配方中设定配料的理论值和允许的误差范围。然后调用需要生产的配方到相对应的台秤，系统进入监控配料操作的界面，在该界面显示了配料操作过程的基本信息，包括配方名、配料序号、配料名、配料理论值和误差、操作员名、日期和时间、批数、秤重实际值、总重量。执行配料时，首先在秤台上放置配料容器然后仪表去皮，操作人员手动添加配方中第一种配料，当称重实际值规定的误差范围内时，合格指示灯亮（绿色）

50、；反之称重实际值过大或过小时，超差指示灯亮（红色）。完成当前配料称重后按下确认键，确认指示灯闪亮一下（绿色），系统将此时配料信息写入数据库，并控制仪表完成去皮功能，称重仪表显示为零，配料操作界面中的配料序号、配料名称和配料理论值就更新为下一种配料的信息，操作人员继续进行配料操作，直至完成调用配方中全部配料的添加。配料监管工作流程如图4.3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？存储记录数据查询？否结束是查询记录图4.3 配料监管系统工作流程4.1.3 程序设计1上位计算机程序设计配料监管系统以Visual Basic和ACCESS为基础进行设计，程序重点在于开发

51、上位计算机与欧姆龙PLC和称重仪表IND236的RS-232通信程序，另一方面要开发读写ACCESS数据库和EXCEL表的程序。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30，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”实现远程去皮功能。上位计算机通过HOST Link通信协议与欧姆龙PLC来进行

52、通信，上位计算机作为HOST Link通信的主站，主动发送读取或更改PLC数据的命令帧，PLC作为HOST Link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HOST Link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。上位计算机发送读/写数据的命令帧，PLC执行后返回响应帧31。图4.4为读取20通道数据的命令帧，图4.5为其响应帧，读取20通道的内容为0012H。00节点号命令码起始通道号要读的通道数FCS* CRRR02000001图4.4 读命令帧00节点号命令码第一通道数据FC

53、S* CRRR1020响应码00图4.5 响应帧读写ACCESS数据库是使用VB中的ADO Data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xlApp.Workbooks.Add方法来新建EXCEL表，通过xlApp.Workbooks.Open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。2PLC程序设计在PLC程序中，输入点I0.01表示称重仪表1的确认按钮，20.04表示称重仪表1的确认条件，上位计算机读取20.04的状态来判断称重仪表1是否有确认动作；输入点I1.01表示称重仪表2的确认按钮，20.01表示称重仪表2确认条件，上位计算机读取20.01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。PLC程序如图4.6所示。I:0.01DIFU(013)W0.03W:0.03T00220.04TIM002#1020.04I:1.01DIFU(013)