PLC和觸摸屏在耐壓試驗監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

李丙林, 宋殿斌, 劉克平

(1.長春工業(yè)大學電氣與電子工程學院,吉林長春 130012;2.國電龍華延吉熱電有限公司,吉林延吉 133000)

0 引 言

隨著工業(yè)基礎設施與裝備制造業(yè)的進步,越來越多的密封性管件應用于能源、石油化工等領域,但是密封管件的跑、冒、滴、漏會給人身安全、環(huán)境、經(jīng)濟效益等帶來極大的危害;同時人們對健康、環(huán)保質量要求日益提高,因此,對管件密封質量及強度提出更高要求。而目前管件耐壓試驗多數(shù)是通過簡單設備和人工目測方式進行,其檢測數(shù)據(jù)通過人工進行記錄、統(tǒng)計,工作效率低,可靠性差。因此,在目前全社會都在大力倡導健康、環(huán)保的背景下,我們研制了基于S7-200PLC和MCGS嵌入式組態(tài)軟件的耐壓試驗監(jiān)控系統(tǒng),利用PLC功能強、可靠性高、抗干擾能力強,以及接線簡單、編程靈活、方便和觸摸屏具有友好的人機界面及便捷靈活的組態(tài)編程等優(yōu)點,很好地彌補了傳統(tǒng)管件耐壓試驗的缺陷。耐壓試驗分水壓試驗和氣壓試驗。水壓試驗即使萬一容器破裂只會漏水,對試驗人員的傷害很小,用壓縮空氣試驗時容器破裂是要爆炸的。本系統(tǒng)屬水壓試驗系統(tǒng),本水壓試驗是一種利用油水平衡控制對管件進行的靜水壓試驗。

1 監(jiān)控系統(tǒng)耐壓試驗工藝

試驗系統(tǒng)主要由以下幾部分組成:管件傳送裝置、水路系統(tǒng)、油路系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。管件傳送裝置負責管件的進出傳送,水路系統(tǒng)負責管件進行靜水壓試驗時向管件里充水打壓,油路系統(tǒng)負責管件靜水壓試驗時控制封頭實現(xiàn)管端油水壓力平衡。監(jiān)控系統(tǒng)是核心部分,實現(xiàn)試驗管件相關參數(shù)的現(xiàn)場采集和實時監(jiān)控及管理,其試驗工藝如下:

1)將需測試的管件放置于測試平臺,由操作人員根據(jù)管件的需要在觸摸屏設置的配方中選擇管件,系統(tǒng)將自動生成所選管件的相關參數(shù),操作人員將相關參數(shù)下載到PLC中進行耐壓試驗。

2)PLC采集實時壓力,并在上位機顯示實時壓力曲線。當實時壓力達到設定壓力時自動計時;當時間到判斷實時壓力是否小于設定壓力,如果小于,則提示管件不合格,反之合格。

3)對于大管件,打壓設定時間長,當時間沒有到而明顯失壓不合格時,操作人員通過按觸摸屏上的“不合格”按鈕自動記錄當前測試結果。

4)當實時壓力超壓、PLC和觸摸屏通訊故障時,觸摸屏報警并以動畫閃爍提示操作人員。

5)當PLC中合格與不合格信號上升沿到來時,觸摸屏自動保存測試結果并存入歷史數(shù)據(jù)中。

6)當操作人員按觸摸屏上的保存按鈕時,自動把當前實時數(shù)據(jù)和歷史曲線屏幕拷成位圖bmp格式以作為測試報表打印輸出。所有測試數(shù)據(jù)可以導到U盤存儲,以備日后查詢打印。

7)采用PLC構建的電氣控制系統(tǒng),一方面完成設備運行的所有控制信號采集、運算處理和向設備輸出驅動控制信號,控制設備運行;另一方面PLC同時將設備運行的狀態(tài)信號傳送到上位計算機,通過由組態(tài)軟件構建的監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)設備的實時可視化監(jiān)控。

2 監(jiān)控系統(tǒng)構成

為方便值班人員及時了解運行情況和實施操作,選用PLC和觸摸屏相結合技術構筑上下層分布的計算機控制系統(tǒng),系統(tǒng)主要由上位機和下位機組成,二者通過RS485串口進行通訊。

2.1 下位機

下位機采用西門子 s7-200PLC,是SIEMENS公司推出的一種小型PLC,它結構緊湊、擴展性良好、指令功能強大、價格低廉,成為當代各種小型控制工程的理想控制器。S7-200的編程軟件可以方便地在Windows環(huán)境下對PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控,使得PLC的編程更加方便、快捷。可以說,S7-200可以完美地滿足各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求。它負責將現(xiàn)場壓力傳感器傳送來的0～10V標準信號做量程標定,轉換為實時壓力值,并傳送給上位機進行實時顯示,同時它又接受上位機的控制指令,實現(xiàn)實時壓力與設定壓力比較,結果決定檢測產(chǎn)品是否合格,再將結果傳送給觸摸屏,從而實現(xiàn)系統(tǒng)整體自動協(xié)調(diào)動作,完成管件的靜水壓試驗。PLC主要完成的工作流程如圖1所示。

2.2 上位機

上位機采用昆侖通態(tài) TPC1262H真彩觸摸屏,TPC1262H是一套以嵌入式低功耗CPU為核心(主頻400 MHz)的高性能嵌入式一體化工控機。該產(chǎn)品設計采用了12.1英寸高亮度TFT液晶顯示屏(分辨率800×600),以及具有良好的電磁屏蔽性。美觀堅固的鋁合金結構。同時,還預裝了微軟嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)WinCE.NAT和MCGS嵌入式組態(tài)軟件。全中文工控組態(tài)軟件MCGS可用來快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng),為用戶提供了從設備驅動、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出等解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺。MCGS組態(tài)軟件通過設備驅動程序從現(xiàn)場PLC控制器獲取實時數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行必要的加工后,一方面以圖形的方式直觀地顯示在上位機屏幕上;另一方面按照組態(tài)要求和操作人員的指令將控制數(shù)據(jù)送給現(xiàn)場硬件設備,對執(zhí)行機構實施控制或調(diào)整控制參數(shù)。上位機完成設備運行的所有控制信號采集、運算處理和向設備輸出驅動控制信號,控制設備運行,同時,通過RS485串口接收PLC發(fā)送的設備運行的狀態(tài)信號。

圖1 PLC流程圖

2.2.1 系統(tǒng)界面

為了更好地實現(xiàn)耐壓試驗系統(tǒng)的優(yōu)化運行,監(jiān)控系統(tǒng)設計由一系列生動直觀的界面組成,依托數(shù)據(jù)庫相互聯(lián)系,為操作員提供豐富的信息和全面的人機交互功能。耐壓試驗監(jiān)控系統(tǒng)觸摸屏主要窗口界面如下:登錄界面、測試窗口、報警畫面、歷史數(shù)據(jù)畫面、查詢畫面、公司簡介及幫助界面等。接下來重點介紹難點問題的解決。

在測試畫面中可進行編輯、查看管件檢測配方,本系統(tǒng)配方數(shù)據(jù)存儲于HMI,并由HMI顯示所有配方數(shù)據(jù)。通過對S7-200PLC設備構件的組態(tài),可方便地在上位機進行配方遠程運行控制,用戶在上位機選取特定檢測配方,按下“下載”按鈕,通過設備命令SetDevice下載到PLC中指定地址,作為當前管件檢測配方,規(guī)定了當前管件檢測各種參數(shù)。通過命令 RecipeLoadByDialog調(diào)出配方查看對話框,可查看配方數(shù)據(jù),同時可編輯指定的元件配方數(shù)據(jù)。在運行時元件的設定參數(shù)在測試畫面中會顯示出來;該系統(tǒng)采用實時監(jiān)控技術,通過組態(tài)軟件MCGS實現(xiàn)對系統(tǒng)所有運行參數(shù)的實時監(jiān)控,使得所有從現(xiàn)場監(jiān)測到的元件參數(shù)的當前運行狀態(tài)也可以在測試畫面中顯示,這樣操作人員就可以方便、快速地了解耐壓試驗監(jiān)控系統(tǒng)各部分的運行情況。

此窗口還包含實時趨勢曲線畫面,實時曲線構件是用曲線顯示設定壓力和實時壓力數(shù)據(jù)對象數(shù)值的動畫圖形,象筆繪記錄儀一樣實時記錄數(shù)據(jù)對象值的變化情況,可將檢測結果較直觀地展示給操作人員。自動生成數(shù)據(jù)報表,克服了以前人工記錄數(shù)據(jù)的繁瑣與隨意性。本監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)操作人員的不同,設定不同的使用權限,有效地保證了系統(tǒng)操作的安全性。測試畫面如圖2所示。

圖2 測試畫面

2.2.2 屏幕截圖功能與存儲

為了方便直觀地使用戶查詢每一管件試驗情況,本系統(tǒng)利用MCGS嵌入版T PC系統(tǒng)控制設備構件,開發(fā)了屏幕截圖功能,將每個管件試驗實時值及實時曲線通過截圖功能捕捉存盤,以備事后分析規(guī)劃。屏幕截圖畫面如圖3所示。

圖3 屏幕截圖畫面

首先正確安裝TPC系統(tǒng)控制構件驅動,將驅動拷貝在目錄D:MCGSEProgramDrivers用戶定制設備下。在設備窗口內(nèi)正確配置設備構件,并根據(jù)外部設備的類型和特征,設置相關的屬性,以對象的形式與外部設備建立數(shù)據(jù)的傳輸通道連接。系統(tǒng)運行過程中,設備構件由設備窗口統(tǒng)一調(diào)度管理,通過通道連接,向實時數(shù)據(jù)庫提供從外部設備采集到的數(shù)據(jù),從實時數(shù)據(jù)庫查詢控制參數(shù),發(fā)送給系統(tǒng)其它部分,進行控制運算和流程調(diào)度,實現(xiàn)對設備工作狀態(tài)的實時檢測和過程的自動控制;其次正確使用設備命令,設備命令格式如圖4所示。

圖4 設備命令格式

在腳本程序中利用數(shù)據(jù)對象操作函數(shù)的存盤操作功能,可在運行過程中向實時數(shù)據(jù)庫發(fā)出信息,通知實時數(shù)據(jù)庫把指定組對象的值進行存儲處理。然后通過腳本程序的組態(tài)配置來實現(xiàn)自動的有條件控制的存盤功能。本系統(tǒng)主要通過事件策略和腳本程序來實現(xiàn)存盤控制。

事件策略由用戶在組態(tài)時創(chuàng)建,當對應表達式的某種事件狀態(tài)產(chǎn)生時,事件策略被系統(tǒng)自動調(diào)用一次。本系統(tǒng)中當關聯(lián)數(shù)據(jù)對象X滿足條件即正跳變一次,事件策略執(zhí)行一次,事件策略如下:

IF i＜100 THEN i=i+1

IF i=1 THEN ！SetDevice(設備1,6,"SaveScreen(usb

harddiskscreen1.bmp)")

IF i=2 THEN ！SetDevice(設備1,6,"SaveScreen(usb harddiskscreen2.bmp)")

IF i=3 THEN ！SetDevice(設備1,6,"SaveScreen(usb

harddiskscreen3.bmp)")

……

IF i＞=100 T HEN i=0

即當i=1時,捕捉屏幕截圖,并存儲到U盤中,之后 X再滿足條件,即正跳變一次時;i=2時,就再截圖,并存儲到 U盤中,累次截圖,直到 i=100時,i=0。這樣以此類推,將管件的每次試驗的數(shù)據(jù)和實時曲線存到U盤保存。

3 結 語

與傳統(tǒng)的管件耐壓試驗方法相比,本耐壓試驗監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)效率高、檢測準確性高、使用方便、節(jié)省勞動力,而且運行可靠、調(diào)節(jié)方便、人機界面友好,該系統(tǒng)配置靈活、編程簡單且成本低。目前,本系統(tǒng)已被部分客戶應用于實際生產(chǎn),通過現(xiàn)場實際應用,控制效果良好,達到預期的監(jiān)控目的,在功能上也易于擴充和升級,具有一定的推廣價值。

文中創(chuàng)新點:開發(fā)了屏幕截圖功能,將每個管件試驗實時值及實時曲線通過截圖功能捕捉存盤,使用戶清晰、方便了解歷史數(shù)據(jù),以備事后分析規(guī)劃。

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