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0   引言

动态称重技术是在传输过程中获得产品质量的1种技术，在食品、化工、烟草、交通^[1]、物流^[2-4]等领域取得广泛的应用。传统的静态秤采用液晶屏显示被测物体的质量，用户无法设置秤的参数、秤也无法连续记录通过产品的质量数据。而新兴的动态检重秤不仅要在产品传输中获得产品质量，而且要具有方便易用的人机界面作为用户与动态检重秤交互的接口。

条盒缺包称重检测系统是在传输中获得产品质量数据后进行合格与否判定，合格的产品顺利通过入库，缺包欠重的产品被剔除机构剔除，它是动态称重技术的典型应用，其界面软件需要具备以下功能：称重结果实时显示功能，称重控制器参数设置功能，质量数据实时统计功能，动态检重秤校准功能，质量数据上传功能，品牌参数设置加载功能等。

作者简介：余祎（1988—），男，工程师，工学硕士，主要从事动态称重设备、特种检测器等工业自动化设备研发工作。

1   称重控制器的Modbus通讯

人机界面既需要获取称重结果，又要设置动态称重控制器参数。因此，需要实现人机界面与动态称重控制器的双向通讯。动态称重控制器与人机界面的通讯采用Modbus协议^[5]。协议是一种规范和约定，是一种通讯语言，规定了通信双方能够识别并使用的消息结构和数据格式。接口是一种设备的物理连接，指的是物理层上的定义，如RS232/RS485、以太网口等。Modbus协议一般运行在RS232/RS485接口上，是一种半双工的主从协议。Modbus报文模型如表1所示。

数据在设备间传输时容易产生误码，为了减少这种误码，编码专家发明了各种校验检错方法，并依据这些方法设置了校验码。Modbus协议是采用CRC校验。校验码是由前面的数据通过CRC算法得出的，用以校验该组数据的正确性。Modbus功能码01H用于读线圈状态，02H用于读离散输入状态，03H用于读保持寄存器，04H用于读输入寄存器，05H用于写单个线圈，06H用于写单个保持寄存器，0FH用于写多个线圈，10H用于写多个保持寄存器。

2   界面设计与实现

界面采用10.1英寸TFT LCD威纶通工控屏实现，该工控屏采用24 V直流电源供电，分辨率为1024×600，触控面板类型为四线电阻式，存储器闪存（Flash）及内存（RAM）均为128 MB，处理器型号为32 bit RISCCortex-A8 600 MHz，具有2个USB接口，有1个RS-232串行接口及1个RS-485串行接口。威纶通工控屏界面编程采用的EasyBuilder Pro平台，该平台具有的指示灯、切换开关、功能键、键盘、滑动开关、项目选单、棒图、表针、圆饼图、曲线图、趋势图等元件，具有向量图库和图片库编辑功能，还具有报警显示、事件显示、触发式资料传输、定时器、宏指令编程等功能。可以将历史数据保存为csv文件，并用U盘导出上传。该工控屏已安装了Modbus通讯驱动，界面编程只需考虑要读写的变量地址和值，无需考虑Modbus通讯的数据报文解析处理，使人机界面开发周期缩短、与动态称重控制器的通讯稳定性提高。

图1所示为条盒缺包称重检测系统界面结构框图，它由系统参数设置、品牌参数设置、标定校准、统计报表查询等子界面组成。从主界面点击相应按钮可以进入任意子界面，从子界面可以返回主界面。

主界面由当前班次、当前品牌、标准质量、允许上偏、允许下偏、实时质量、实际差值、当前班次的合计数量、合格数量、超重数量、欠重数量及质量实时曲线组成。主界面还包括运行/停止指示、当前产品合格与否消息显示以及界面切换按钮组成。

系统参数设置界面包含如下6个参数，最大量程（100~10 000，不含小数点）、分度间距（秤台的最小分辨率）、工作模式（设为3表示单光电检重，设为4表示无光电检重）、485模式（设为0表示测试输出、设为1表示质量连续输出、设为2打印输出、设为3 ModbusRTU模式）、是否自修正（设为0，不修正；设为1，自修正），采样速率（设为0低速，设为1高速）组成。

品牌参数设置界面由“参数说明”、“参数下载”、“返回”等按钮组成。点击“参数说明”按钮，可查看各参数的含义及设置范围。点击各参数名称右侧的输入框，可弹出数字软键盘，修改参数。修改参数后需点击“参数下载”按钮，将当前品牌参数下载至动态称重控制器，本次修改参数才能生效。

标定校准界面，标定前必须让称重检测系统处于停止状态，等待秤台稳定后才可操作。确保秤台干净无物料，单击“零点标定”按钮，等待片刻后，界面提示“零点标定成功”。在右侧砝码质量输入框中输入砝码质量，将砝码放在秤台中央，待左侧示数稳定后，单击“量程标定”按钮，等待片刻后，界面提示“量程标定成功”。

统计报表查询界面由班次统计报表界面和详细报表界面组成，报表界面中包含日期切换控件，日期切换时报表刷新显示。班次统计报表由编号、日期、记录形成时间、班次、品牌编号、产品总数、超重数量、欠重数量、合格数量等字段组成。班次统计报表在换班或品牌参数修改时增加一条记录，并将主界面统计数据清零，重新计数。详细报表界面由品牌编号、目标质量、上限偏差、下限偏差、实际质量、合格与否标志及产品通过时间等字段组成。合格与否标志字段中，“1”表示合格，“2”表示超重，“3”表示欠重。详细报表界面在一件新的产品通过时增加一条记录。在软件设计时，将统计工作放在平时碎片时间执行，在查询时直接显示结果，有效缩短了界面响应时间，改善了用户体验。

界面软件要获得产品质量等数据并实时监控称重检测系统的运行状态，实时显示记录通过的产品质量并进行数据统计，标识产品质量是否合格，产品质量不合格时报警剔除，需要设计如下宏指令，新产品通过（New Record）宏指令、实时曲线绘制（Plot）宏指令、报警时间（Alarm Time）宏指令。新产品通过宏指令作为称重检测系统的主程序，周期执行，新产品通过时进行合格与否判定，并进行数据统计记录。实时曲线绘制宏指令周期执行，根据最近10条通过的产品质量，在主界面绘制实时曲线。报警时间宏指令当有不合格产品通过时，触发蜂鸣报警灯，报警到达设定时间时自行停止。

界面软件要实现将用户设置的参数下载至称重控制器，需要编写选择品牌序号（Select brand number）宏指令，参数下载（Download parameter）宏指令。选择品牌序号宏指令根据品牌序号计算相关品牌配方的存放地址，将配方信息调入RWI，显示在设置界面上。参数下载宏指令将当前统计信息存储至统计报表，将主界面统计信息清零，将要下载的品牌配方信息更新至主界面，将新品牌的上下限及相关参数下载至称重控制器，将称重控制器内部计数清零。界面软件初始化时执行该宏指令，“参数下载”按钮单击时也执行该宏指令。界面软件要实现班次管理，需要编写班次判断（Shift）宏指令。该宏指令周期执行，根据系统时间判断当前班次并在主界面显示，在换班瞬间进行统计信息报表存储。

界面软件要实现秤台标定校准，需要编写校准（Calibration）宏指令。该宏指令获取称重控制器的状态字，进行分析并在校准界面显示校准的相关状态。界面软件主程序处理流程如图2所示。

3   实现效果

如图3所示为条盒缺包称重检测系统主界面运行效果图。本界面显示信息清晰，布局合理，操作简便易用，完全满足用户使用要求，具有一定的借鉴推广价值。

图3 条盒缺包称重检测系统主界面效果图

参考文献：

[1] 李冰莹.数据平滑滤波在汽车动态称重中的应用[J].科技应用,2017(08) :20-22.

[2] 郭挺.基于ARM-uClinux的邮用电子动态秤的新型智能仪表的开发[D].北京:北京邮电大学,2008.

[3] 方强，刘玉绒，裴旸.进出境邮件海关国检联合查验自动分检控制系统的研究与应用[J]，物流科技， 2018(3),45-48.

[4] 李林会,李琳.动态定量称量包装系统滤波算法[J].包装工程,2018(9):3.

[5] 林秀.基于PLC的配料远程控制系统设计[D].扬州:扬州大学,2017.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2020年8月期）