基于組態(tài)軟件的液壓支架試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李軍

【摘 要】利用力控6.1組態(tài)軟件，按照MT 312-2000液壓支架通用技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)組態(tài)畫(huà)面，定義IO設(shè)備組態(tài)，通過(guò)模擬量輸入板卡，采集壓力、溫度、高度、行程開(kāi)關(guān)等信號(hào)；通過(guò)數(shù)字量輸出板卡，控制相應(yīng)的電磁閥、油泵等設(shè)備的動(dòng)作；開(kāi)發(fā)腳本，實(shí)現(xiàn)密封試驗(yàn)、強(qiáng)度試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)的自動(dòng)加載。

【關(guān)鍵詞】組態(tài)軟件；液壓支架通用技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)；自動(dòng)加載

組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件。它們處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。液壓支架試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)利用中泰力控6.1開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，主要功能是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)液壓支架進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，生成試驗(yàn)報(bào)表并打??；輔助功能是控制試驗(yàn)臺(tái)上工作面的平衡上升、下降及插銷(xiāo)退銷(xiāo)。

一、液壓支架試驗(yàn)臺(tái)電液控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電液控制系統(tǒng)是液壓支架試驗(yàn)臺(tái)的監(jiān)視和控制中心，它的核心部分是工控機(jī)和組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)控制軟件。其工作原理是各種外部傳感器將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)輸入板卡送給工控機(jī)，工控機(jī)通過(guò)系統(tǒng)軟件編寫(xiě)的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理結(jié)果通過(guò)輸出板卡控制電磁閥的動(dòng)作，最終完成液壓支架試驗(yàn)臺(tái)的各項(xiàng)性能試驗(yàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為以下幾部分：（1）液壓系統(tǒng)設(shè)

計(jì)。液壓系統(tǒng)分為油泵系統(tǒng)和乳化液泵系統(tǒng)。油泵系統(tǒng)負(fù)責(zé)試驗(yàn)臺(tái)上工作臺(tái)的上升、下降，插銷(xiāo)油缸插銷(xiāo)、退銷(xiāo)等動(dòng)作；乳化液系統(tǒng)負(fù)責(zé)液壓支架密封、適應(yīng)、強(qiáng)度、壽命等各項(xiàng)加載試驗(yàn)。液壓系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)緊湊的板式連接，電磁控制各種閥的動(dòng)作，在關(guān)鍵管路位置安裝壓力變送器為自動(dòng)化控制做準(zhǔn)備。（2）控制柜的設(shè)計(jì)?？刂乒癫捎脭?shù)控開(kāi)孔一次成型柜體，主要由工控機(jī)、顯示器、中間繼電器、空氣開(kāi)關(guān)、智能數(shù)顯表等元器件組成，具有信號(hào)采集、變換、輸出、顯示、保護(hù)、報(bào)警和工控機(jī)通訊等多種功能。（3）試驗(yàn)臺(tái)各種傳感器的安裝和調(diào)試。傳感器是外部信號(hào)采集的主要途徑，安裝位置十分重要，壓力變送器、溫度變送器、激光傳感器，以及光電限位開(kāi)關(guān)的合理安裝，便于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的精確采集。（4）基于組態(tài)軟件的系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)。

Forcecontrol6.1組態(tài)軟件建立的控制系統(tǒng)主要由用戶(hù)組態(tài)窗口、數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、腳本動(dòng)作組態(tài)三部分組成。一是用戶(hù)窗口組態(tài)。窗口組態(tài)畫(huà)面是人機(jī)交往的主要場(chǎng)所，根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)各種的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)畫(huà)面，如數(shù)據(jù)顯示畫(huà)面，現(xiàn)場(chǎng)摸擬畫(huà)面，參數(shù)設(shè)置畫(huà)面和數(shù)據(jù)打印等畫(huà)面，來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)各種動(dòng)作。二是數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)和IO設(shè)備調(diào)度程序的通信，獲取設(shè)備的控制數(shù)據(jù)，給其它程序和其它數(shù)據(jù)庫(kù)提供實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)之間可以互相通信。按照液壓支架試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試要求，定義和設(shè)置了模擬I/O點(diǎn)、數(shù)字I/O點(diǎn)共53個(gè)點(diǎn)。三是腳本動(dòng)作組態(tài)。腳本動(dòng)作是一種基于VB的編程語(yǔ)言，它是系統(tǒng)軟件的核心，通過(guò)各種腳本的編寫(xiě)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)訪問(wèn)和控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如液壓支架上工作臺(tái)的平衡上升，自動(dòng)定位腳本；插銷(xiāo)、退銷(xiāo)自動(dòng)保護(hù)腳本；強(qiáng)度試驗(yàn)充液，增壓，保壓，卸荷各步驟自動(dòng)變換循環(huán)腳本等。

二、液壓支架試驗(yàn)臺(tái)電液控制系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)

（1）試驗(yàn)臺(tái)上工作臺(tái)的平衡上升，自動(dòng)定位。在液壓支架試驗(yàn)臺(tái)上工作臺(tái)的平衡上升的設(shè)計(jì)上，采用了目前非常先進(jìn)的激光測(cè)距技術(shù)，測(cè)量上工作臺(tái)四個(gè)角的上升高度，測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)輸入板卡送給系統(tǒng)控制軟件，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)控制軟件中的腳本運(yùn)算處理，輸出信號(hào)給輸出板卡，控制液壓系統(tǒng)電磁閥的動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)上工作臺(tái)的平衡上升。激光測(cè)距儀的采用，不僅解決了上工作臺(tái)的平衡上升問(wèn)題，而且代替了過(guò)去的試驗(yàn)臺(tái)插銷(xiāo)孔中心位上大量使用的限位開(kāi)關(guān)，通過(guò)設(shè)定上工作臺(tái)的目標(biāo)高度，可靠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)了上工作臺(tái)的精確定位。（2）液壓支架各項(xiàng)試驗(yàn)的自動(dòng)循環(huán)加載。液壓支架試驗(yàn)臺(tái)的主要功能是對(duì)液壓支架進(jìn)行密封、適應(yīng)、強(qiáng)度、壽命等加載試驗(yàn)。在這些功能的設(shè)計(jì)上采用組態(tài)畫(huà)面將各功能整合在不同的畫(huà)面上，通過(guò)調(diào)用相關(guān)畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)各型號(hào)支架參數(shù)的選定，加載壓力和加載時(shí)間的設(shè)定，在各項(xiàng)性能加載中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)實(shí)采集，通過(guò)趨勢(shì)出線顯示各項(xiàng)試驗(yàn)的曲線變化，并具有保存，打印，自動(dòng)生成報(bào)表等功能。循環(huán)加載采用腳本組態(tài)自動(dòng)控制，節(jié)省了大量的時(shí)間繼電器、壓力繼電器和接觸器，極大的提高了系統(tǒng)的可靠性，為長(zhǎng)時(shí)間，頻繁試驗(yàn)做好了準(zhǔn)備。

三、數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)及PCI板卡的選擇

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)是將測(cè)試系統(tǒng)與外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的模擬量和數(shù)字量輸入輸出按照組態(tài)軟件協(xié)議進(jìn)行格式化的過(guò)程，設(shè)定好的組態(tài)點(diǎn)是測(cè)試系統(tǒng)與外部數(shù)據(jù)交換的通道。點(diǎn)組態(tài)過(guò)程中重點(diǎn)要注意的是模擬量輸入點(diǎn)的量程變化，PCI8360I板卡采集的模擬量信號(hào)是0-20mA的電流信號(hào)，組態(tài)軟件初測(cè)值為0-4095的PV.RAW裸數(shù)數(shù)值，需要對(duì)傳感器進(jìn)行相應(yīng)的量程變化。（2）PCI板卡的選擇根據(jù)組態(tài)點(diǎn)的情況選用PCI-8360I輸入板卡和PCI8407光電隔離輸出板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和輸出。PCI-8360I有16路雙通道模擬量輸出通道和16TTL開(kāi)關(guān)量輸入通道；PCI-8407數(shù)據(jù)輸出板卡有2組共32路開(kāi)關(guān)量輸出通道，開(kāi)關(guān)量最大輸出電流可達(dá)200mA，可以直接驅(qū)動(dòng)中間繼電器，提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率。

四、組態(tài)畫(huà)面及應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件工程畫(huà)面是測(cè)試系統(tǒng)主界面，測(cè)試系統(tǒng)的各種功能都通過(guò)這些組態(tài)畫(huà)面上實(shí)現(xiàn)。液壓支架試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)主要畫(huà)面有流程示意、平臺(tái)控制、強(qiáng)度試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)、試驗(yàn)記錄、報(bào)表打印、參數(shù)設(shè)定七個(gè)畫(huà)面。其中平臺(tái)控制、強(qiáng)度試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)三個(gè)畫(huà)面為系統(tǒng)主要功能實(shí)現(xiàn)的畫(huà)面，其它四個(gè)畫(huà)面為主要功能的輔助畫(huà)面，本文就前兩個(gè)主要畫(huà)面做詳細(xì)說(shuō)明：（1）試驗(yàn)平臺(tái)組態(tài)畫(huà)面及其應(yīng)用程序流程。試驗(yàn)臺(tái)是液壓支架試驗(yàn)的硬件場(chǎng)所，總高8米。試驗(yàn)臺(tái)上平臺(tái)可活動(dòng)，四立柱上共有10層插銷(xiāo)孔，各層相距0.45米，最低層插銷(xiāo)孔距試驗(yàn)臺(tái)下平臺(tái)2.8米。平臺(tái)控制的組態(tài)畫(huà)面中模擬了現(xiàn)場(chǎng)平臺(tái)上升，顯示了平臺(tái)四角高度，各層選擇，上升、下降、插銷(xiāo)、退銷(xiāo)等功能鍵。具體功能由動(dòng)作中編寫(xiě)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)，由于應(yīng)用程序變量名及程序流程因個(gè)人編程習(xí)慣所不同，這里不做程序代碼分析，只做文字性的流程介紹：實(shí)驗(yàn)臺(tái)上工作臺(tái)在上升過(guò)程中，激光傳感器監(jiān)測(cè)四角的高度，自動(dòng)調(diào)整四角各液壓缸的啟停，實(shí)現(xiàn)上工作臺(tái)的平衡上升；當(dāng)上工作臺(tái)到達(dá)指定層的中心位置，偏差在允許范圍內(nèi)時(shí)，啟動(dòng)插銷(xiāo)，光電限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)插銷(xiāo)到位與否，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)插銷(xiāo)，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上工作臺(tái)的完全智能控制。（2）強(qiáng)度試驗(yàn)組態(tài)畫(huà)面及應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。強(qiáng)度試驗(yàn)是液壓支架檢測(cè)中很重要的項(xiàng)目，強(qiáng)度試驗(yàn)下又分兩大類(lèi)共十幾個(gè)小項(xiàng)，組態(tài)畫(huà)面采用導(dǎo)航欄的方式，選擇每一個(gè)小項(xiàng)，其他試驗(yàn)流程相似都用共同的畫(huà)面顯示，每一次試驗(yàn)都是進(jìn)行三次，自動(dòng)循環(huán)加載，試驗(yàn)結(jié)果在趨勢(shì)圖中顯示，試驗(yàn)結(jié)果保存在硬盤(pán)指定的文件夾下。應(yīng)用程序主要實(shí)驗(yàn)三次強(qiáng)度加載的自動(dòng)循環(huán)，循環(huán)加載流程：打開(kāi)低壓閥對(duì)液壓支架進(jìn)行初充液，當(dāng)壓力達(dá)到指定值時(shí)，關(guān)閉充液開(kāi)始增壓，增壓值到達(dá)指定壓力后開(kāi)始保壓，用后臺(tái)組件時(shí)間控件進(jìn)行2秒的保壓，最所卸荷，進(jìn)行第二次加載。每次的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)變量中，每次的試驗(yàn)結(jié)果都在屏幕中顯示，并可以通過(guò)歷史報(bào)表隨時(shí)調(diào)取。

在開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)，當(dāng)工業(yè)被控對(duì)象一旦有變動(dòng)，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)；已開(kāi)發(fā)成功的工控軟件又由于每個(gè)控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價(jià)格非常昂貴；通用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件的出現(xiàn)能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問(wèn)題，使用戶(hù)能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]MT 312-2000液壓支架通用技術(shù)條件.2000-12.國(guó)家煤炭工業(yè)局

[2]力控ForceControl 6.0快速指南

[3]力控ForceControl 6.0參考手冊(cè)

[4]力控ForceControl 6.0數(shù)據(jù)庫(kù)與網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)手冊(cè)