一、項目背景

在競爭激烈的食品加工市場中，一家具有一定規(guī)模的食品加工企業(yè)，主要生產(chǎn)各類休閑食品和調(diào)味品。其生產(chǎn)車間配備了多臺傳統(tǒng)稱重設備，這些設備在長期的生產(chǎn)過程中發(fā)揮了重要作用。但隨著行業(yè)的發(fā)展，企業(yè)決定對工廠進行智能化升級，引入先進的 Profinet網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)生產(chǎn)流程的工業(yè)自動化與信息化管理，提升整體生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

該企業(yè)原有的稱重設備多采用 RS232 接口的稱重儀表，雖能滿足基礎(chǔ)稱重需求，但因其協(xié)議老舊，難以與新引入的Profinet 網(wǎng)絡直接兼容。在實際生產(chǎn)中，稱重數(shù)據(jù)無法實時、準確地傳輸至 Profinet 網(wǎng)絡，致使后續(xù)的去皮、灌裝等環(huán)節(jié)仍依賴人工操作，不僅效率低下，且灌裝精度受人為因素影響波動較大。據(jù)統(tǒng)計，人工操作模式下，每批次產(chǎn)品灌裝精度誤差可達 ±5%，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性與企業(yè)經(jīng)濟效益。同時，由于稱重數(shù)據(jù)不能及時反饋到生產(chǎn)管理系統(tǒng)，企業(yè)無法對生產(chǎn)過程進行有效的監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析，難以精準優(yōu)化生產(chǎn)流程。

二、解決方案選型

面對傳統(tǒng)稱重設備與 Profinet 網(wǎng)絡的連接難題，企業(yè)技術(shù)團隊對市場上眾多協(xié)議轉(zhuǎn)換產(chǎn)品展開了全面調(diào)研。在眾多品牌中，RS232轉(zhuǎn)Profinet數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)模塊憑借出色的性能、良好的穩(wěn)定性、便捷的配置以及較高的性價比脫穎而出。該網(wǎng)關(guān)專為 RS232 與 Profinet 協(xié)議轉(zhuǎn)換設計，能夠有效解決企業(yè)稱重設備的接入問題，助力企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)智能化升級。

三、實施過程

（一）硬件連接

稱重儀表與網(wǎng)關(guān)連接：企業(yè)選用的稱重儀表品牌為梅特勒 - 托利多，其型號為 IND560，具備高精度稱重能力，分度值可達 0.1g，量程范圍覆蓋生產(chǎn)所需的各類重量區(qū)間。使用屏蔽 RS232 串口線，將稱重儀表的RS232 數(shù)據(jù)輸出接口與RS232轉(zhuǎn)Profinet數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)的 RS232 輸入接口進行連接。嚴格按照接口標識，確保 TX（發(fā)送端）與 RX（接收端）交叉對接，GND（接地端）穩(wěn)固連接，以此保障稱重數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定、準確地傳輸至網(wǎng)關(guān)。由于食品加工車間存在一定的電磁干擾源，如大功率電機、電磁加熱設備等，屏蔽線的使用可有效降低干擾對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，保證數(shù)據(jù)的完整性。

網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡連接：使用工業(yè)級以太網(wǎng)線纜，一端連接RS232轉(zhuǎn)Profinet數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)的 Profinet 網(wǎng)絡接口，另一端接入工廠已部署的 Profinet 網(wǎng)絡交換機。通過合理設置網(wǎng)關(guān)的 IP 地址，使其與 Profinet 網(wǎng)絡中的其他設備處于同一網(wǎng)段，例如設置為 192.168.1.20，子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.0，確保網(wǎng)關(guān)成功融入 Profinet 網(wǎng)絡架構(gòu)，為將稱重數(shù)據(jù)上傳至控制系統(tǒng)奠定堅實基礎(chǔ)。

（二）軟件配置

加載 GSD 文件：打開工廠所采用的西門子 TIA Portal 軟件，在菜單欄中依次點擊 “選項”-“管理通用站描述文件”。在彈出的對話框中，切換至 “已安裝的 GSD” 選項卡，點擊源路徑選擇按鈕，精準定位并選中RS232轉(zhuǎn)Profinet數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)模塊對應的 GSD 文件所在文件夾，完成文件加載操作。此步驟至關(guān)重要，它可使 TIA Portal 軟件準確識別網(wǎng)關(guān)設備，為后續(xù)的詳細配置工作做好準備。

設置網(wǎng)絡參數(shù)：在 TIA Portal 軟件的設備組態(tài)界面，對RS232轉(zhuǎn)Profinet數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)進行網(wǎng)絡參數(shù)配置。除了設置 IP 地址與子網(wǎng)掩碼外，還為網(wǎng)關(guān)分配一個在整個 Profinet 網(wǎng)絡中獨一無二的設備名稱，如 “JM-Weight-Gateway-01”，方便控制系統(tǒng)在復雜網(wǎng)絡環(huán)境中快速、準確地識別與尋址該網(wǎng)關(guān)。同時，對網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡連接超時時間、數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)先級等參數(shù)進行優(yōu)化設置，以確保在網(wǎng)絡繁忙時，稱重數(shù)據(jù)仍能優(yōu)先、及時地傳輸。

配置串口參數(shù)：打開RS232轉(zhuǎn)Profinet數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)的專用配置軟件，依據(jù)稱重儀表的實際通信參數(shù)，對網(wǎng)關(guān)的串口參數(shù)進行細致匹配設置。以梅特勒 - 托利多 IND560 稱重儀表為例，其通信波特率為 9600bit/s，數(shù)據(jù)位為 8 位，停止位為 1 位，無奇偶校驗（即 9600/N/8/1）。在網(wǎng)關(guān)配置軟件中相應設置串口波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位等參數(shù)，確保網(wǎng)關(guān)與稱重儀表之間串口通信參數(shù)完全一致，保障數(shù)據(jù)通信順暢。此外，針對不同批次、不同型號的稱重儀表，若其通信參數(shù)存在差異，也可在網(wǎng)關(guān)中進行針對性設置，實現(xiàn)靈活適配。

數(shù)據(jù)映射設置：根據(jù)食品加工生產(chǎn)流程中對稱重數(shù)據(jù)的處理需求，在網(wǎng)關(guān)配置軟件中精心進行數(shù)據(jù)映射設置。明確稱重儀表采集的重量數(shù)據(jù)在Profinet 網(wǎng)絡中控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的具體存儲位置與數(shù)據(jù)格式。例如，將重量數(shù)據(jù)存儲在特定的數(shù)據(jù)寄存器區(qū)域，采用浮點型數(shù)據(jù)格式存儲，以確保數(shù)據(jù)的高精度與準確性。同時，對去皮指令、灌裝控制指令等與稱重數(shù)據(jù)相關(guān)的控制信號進行合理映射，使控制系統(tǒng)能夠根據(jù)稱重數(shù)據(jù)及時、準確地發(fā)出相應控制指令，實現(xiàn)去皮、灌裝等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化控制。通過精準的數(shù)據(jù)映射，為生產(chǎn)管理與決策提供堅實的數(shù)據(jù)采集支撐，使整個生產(chǎn)流程更加智能化、高效化。

（三）系統(tǒng)調(diào)試與測試

初步連通性測試：完成硬件連接與軟件基本配置后，即刻對整個系統(tǒng)展開初步的連通性測試。仔細檢查網(wǎng)關(guān)、稱重儀表、網(wǎng)絡交換機等設備的電源指示燈是否正常亮起，確認各設備供電穩(wěn)定。運用 ping 命令測試網(wǎng)關(guān)與 Profinet 網(wǎng)絡中核心控制器之間的網(wǎng)絡連通性，若能成功 ping 通，表明網(wǎng)絡連接初步正常，為后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸測試奠定基礎(chǔ)。同時，檢查稱重儀表與網(wǎng)關(guān)之間的串口連接狀態(tài)，通過網(wǎng)關(guān)配置軟件查看串口通信狀態(tài)指示燈，確保串口連接穩(wěn)固，無松動或異常斷開情況。

數(shù)據(jù)傳輸準確性測試：利用稱重儀表對不同重量的標準砝碼進行稱重操作，同時在西門子TIA Portal 軟件的監(jiān)控表中密切觀察控制系統(tǒng)是否能夠?qū)崟r、準確地接收到稱重儀表上傳的重量數(shù)據(jù)。使用串口調(diào)試助手等專業(yè)工具，對稱重儀表與網(wǎng)關(guān)之間的串口數(shù)據(jù)傳輸進行實時監(jiān)測，仔細查看數(shù)據(jù)發(fā)送與接收的完整性、準確性，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中無丟包、錯包現(xiàn)象，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?。例如，使?1kg、2kg、5kg 等不同規(guī)格的標準砝碼進行測試，多次重復測量，對比控制系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)與標準砝碼實際重量，誤差均控制在極小范圍內(nèi)，滿足食品加工行業(yè)對重量測量精度的嚴格要求。

穩(wěn)定性測試：模擬食品生產(chǎn)線長時間、高強度的運行場景，持續(xù)進行稱重數(shù)據(jù)采集，觀察系統(tǒng)在長時間運行狀態(tài)下的穩(wěn)定性。連續(xù)監(jiān)測控制系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)的連續(xù)性與準確性，以及網(wǎng)關(guān)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸過程中的可靠性，確保系統(tǒng)能夠在復雜、嚴苛的生產(chǎn)環(huán)境下穩(wěn)定運行，滿足食品加工企業(yè)對生產(chǎn)連續(xù)性與穩(wěn)定性的極高要求。經(jīng)過連續(xù) 48 小時的穩(wěn)定性測試，系統(tǒng)始終保持穩(wěn)定運行，未出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中斷或錯誤等異常情況，充分證明了該方案的可靠性與穩(wěn)定性。

四、應用效果呈現(xiàn)

（一）灌裝精度顯著提升

通過RS232轉(zhuǎn)Profinet數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)的高效連接，稱重數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r、準確地傳輸至 Profinet 網(wǎng)絡中的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)精確的稱重數(shù)據(jù)，自動、精準地控制灌裝設備的灌裝量。經(jīng)實際生產(chǎn)驗證，灌裝精度誤差從原來的 ±5% 大幅降低至 ±1% 以內(nèi)，極大提升了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性與一致性。以該企業(yè)生產(chǎn)的一款凈含量為 200g 的休閑食品為例，在采用新系統(tǒng)前，每批次產(chǎn)品中約有 10% 的產(chǎn)品凈含量超出 ±5% 的誤差范圍，需進行返工處理；采用新系統(tǒng)后，每批次產(chǎn)品中凈含量超出 ±1% 誤差范圍的產(chǎn)品比例降至 1% 以內(nèi)，有效減少了因灌裝精度問題導致的產(chǎn)品浪費與返工成本，提升了企業(yè)的經(jīng)濟效益與市場競爭力。

（二）生產(chǎn)效率大幅提高

實現(xiàn)去皮、灌裝全流程無人化操作后，生產(chǎn)效率得到顯著提升。以往人工去皮、灌裝模式下，每小時僅能完成 100-150 次操作，且人工操作存在疲勞、效率波動等問題。引入RS232轉(zhuǎn)Profinet數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)模塊構(gòu)建的工業(yè)自動化系統(tǒng)后，每小時可完成 300-400 次去皮、灌裝操作，生產(chǎn)效率提升了 2-3 倍。同時，由于稱重數(shù)據(jù)實時傳輸至生產(chǎn)管理系統(tǒng)，管理人員可實時掌握生產(chǎn)進度與設備運行狀態(tài)，及時調(diào)整生產(chǎn)計劃與設備參數(shù)，進一步優(yōu)化了生產(chǎn)流程，提高了整體生產(chǎn)效率。例如，在生產(chǎn)旺季，企業(yè)原本需增加大量臨時人工才能滿足訂單需求，現(xiàn)在通過自動化系統(tǒng)，可輕松應對訂單高峰，減少了人力成本投入，且生產(chǎn)效率不受影響。

（三）設備更新成本有效降低

采用RS232轉(zhuǎn)Profinet數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)解決方案，企業(yè)無需淘汰現(xiàn)有的大量 RS232 接口稱重設備，避免了大規(guī)模更換設備帶來的高昂采購成本、安裝調(diào)試成本以及停產(chǎn)損失。同時，充分利用了已搭建的Profinet 網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施，實現(xiàn)了新舊設備的高效兼容與集成。相較于全面更換支持 Profinet 協(xié)議的稱重設備，此方案在設備更新方面節(jié)省了大量資金。經(jīng)核算，采用該方案后，企業(yè)在設備更新方面節(jié)省了約 70% 的成本，保護了企業(yè)前期在設備與網(wǎng)絡建設上的巨額投資，為企業(yè)實現(xiàn)智能化升級提供了經(jīng)濟、可行的途徑。

五、總結(jié)與展望

在本次食品加工行業(yè)的項目實踐中，RS232轉(zhuǎn)Profinet數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)憑借其卓越的性能、便捷的配置方式以及出色的穩(wěn)定性，成功攻克了傳統(tǒng)稱重設備與 Profinet 網(wǎng)絡之間的通信障礙，為食品加工企業(yè)帶來了顯著的效益提升，有力推動了企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型升級進程。

展望未來，隨著食品加工行業(yè)對智能化、自動化生產(chǎn)的需求不斷增長，RS232轉(zhuǎn)Profinet數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)模塊有望在更多復雜應用場景中發(fā)揮關(guān)鍵作用，如與智能包裝設備、質(zhì)量檢測設備等協(xié)同工作，構(gòu)建更加完善的智能化生產(chǎn)體系。同時，隨著技術(shù)的不斷進步，此類協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)也將不斷迭代升級，在提升數(shù)據(jù)傳輸速率、增強安全性、拓展兼容性等方面取得更大突破，為食品加工行業(yè)乃至整個制造業(yè)的數(shù)字化、智能化發(fā)展注入強大動力，助力行業(yè)邁向更高發(fā)展水平。

審核編輯 黃宇