基于MCGS的鋼管水壓試驗水壓采集、顯示及曲線形成系統(tǒng)

陳 亮，王從旭

（中國石化集團石油工程機械有限公司沙市鋼管廠，湖北 荊州 434001）

在水壓機壓水試管過程中，水壓數(shù)據(jù)的實時顯示給操作人員提供了水增壓、減壓的操作依據(jù)，水壓實時曲線顯示讓操作人員更直觀地了解到水壓變化的趨勢，歷史曲線和壓水試管數(shù)據(jù)存儲能為日后查詢壓水試管記錄提供方便，也能為鋼管生產(chǎn)車間將壓水試管工作責任到人提供參考數(shù)據(jù)。本文將從硬件和軟件兩方面介紹基于MCGS（Monitor and Control Generated System，是基于Windows平臺、用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/XP等操作系統(tǒng)）［1］組態(tài)平臺的鋼管水壓試驗水壓采集、顯示及曲線形成系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。

1 硬件實現(xiàn)方法

鋼管水壓試驗水壓采集、顯示及曲線形成系統(tǒng)的硬件主要作用是完成水壓信號的采集［2-4］。實現(xiàn)方法是：將經(jīng)過外圍電路處理的水壓傳感器信號接入到研華PLCD-880模擬信號轉(zhuǎn)接板的0通道，該轉(zhuǎn)接板通過ISA轉(zhuǎn)接線將信號傳輸給研華PCL-818HD［5］模擬量PCI采集板卡的0通道，該信號通過工控機的軟件MCGS的設(shè)備驅(qū)動管理窗口讀入，從而實現(xiàn)了水壓信號的采集。

水壓采集、顯示及曲線形成系統(tǒng)的信號采集硬件電路如圖1所示。

圖1 水壓采集、顯示及曲線形成系統(tǒng)的硬件組態(tài)示意

2 軟件設(shè)計

水壓采集、顯示及曲線形成系統(tǒng)的軟件主要作用是實現(xiàn)對水壓信號值的處理及顯示，水壓實時曲線的顯示，每根鋼管對應(yīng)的保壓段數(shù)據(jù)存儲，每根鋼管保壓段曲線的形成［6-7］。

2.1 水壓信號值的處理和窗口顯示

水壓傳感器的信號是0～10 V的直流模擬量，由MCGS組態(tài)軟件的設(shè)備驅(qū)動獲取后，對應(yīng)的是0～10 000的數(shù)字量，對應(yīng)現(xiàn)場實際水壓為0～30 MPa，數(shù)字量與實際水壓的關(guān)系式是：實際顯示水壓=數(shù)字量*0.003。

找出這個關(guān)系式，就可以在MCGS的循環(huán)策略里面添加如下SCRIPT程序語句：

K=0.003

水壓2=水壓1*K

其中，水壓1是采集得到的數(shù)字量，水壓2是界面顯示的實際水壓值；其設(shè)置界面如圖2～3所示。

2.2 水壓實時曲線功能的實現(xiàn)

水壓實時曲線是對實際水壓值變量水壓2進行連續(xù)周期性采集，形成一個實時的水壓變化曲線。實現(xiàn)此功能的方法是：在MCGS軟件實時曲線組態(tài)窗口內(nèi)，添加實時曲線構(gòu)件，為該構(gòu)件連接一個實際水壓值變量水壓2。為了讓操作人員有一個直覺上的比較，在實時曲線構(gòu)件旁邊添加保壓值變量和保壓上限變量。

圖2 采集量水壓1的通道連接設(shè)置界面

圖3 實際水壓2界面顯示及通道連接設(shè)置界面

此部分具體軟件設(shè)計如圖4所示（以保壓值為15.6 MPa，保壓上限為16.1 MPa為例）。

此部分設(shè)計還需在MCGS組態(tài)軟件的循環(huán)策略窗口添加數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換作用的程序語句：

試壓值=水壓2

水壓上限=試壓值+0.5

圖4 實時曲線構(gòu)件軟件設(shè)置界面

2.3 壓水試管數(shù)據(jù)存儲功能的實現(xiàn)

該部分設(shè)計的目的是將每根鋼管對應(yīng)的數(shù)據(jù)以微軟ACCESS數(shù)據(jù)庫的MDB文件存儲起來。

具體實現(xiàn)過程：①由于MCGS軟件的數(shù)據(jù)存儲都是通過對數(shù)據(jù)組對象進行操作的，故先建立一個存盤數(shù)據(jù)組1，將需要存儲的壓水試管數(shù)據(jù)對象內(nèi)置于該數(shù)組1內(nèi)（包括管號、管材質(zhì)、管長、班次、保壓值、保壓時間、日期、質(zhì)量評價）；②在已組態(tài)好的參數(shù)輸入界面內(nèi)置一個數(shù)據(jù)存儲開始按鈕（該按鈕有一個開啟數(shù)據(jù)組1存儲功能的腳本程序開關(guān)），在質(zhì)量評價窗口內(nèi)置一個關(guān)閉數(shù)據(jù)存儲按鈕（該按鈕有一個關(guān)閉數(shù)據(jù)組1功能的腳本程序開關(guān)），這樣就可以實現(xiàn)壓水試管數(shù)據(jù)的存儲，并且可以每根鋼管開始起壓時刻作為存盤開啟時刻，每根鋼管水壓試驗完畢作為存盤關(guān)閉時刻，節(jié)省硬盤空間；③將存盤數(shù)據(jù)組1與存盤數(shù)據(jù)庫MDB文件之間進行軟件轉(zhuǎn)移。

壓水試管數(shù)據(jù)存儲功能的實現(xiàn)邏輯如5所示，其中存盤數(shù)據(jù)組1的軟件設(shè)置界面如圖6所示。

數(shù)據(jù)存盤控制SCRIPT程序如下（開關(guān)1為存盤開始觸發(fā)按鈕，開關(guān)3為存盤關(guān)閉按鈕）：

IF開關(guān)1=1 THEN

!EnableDataSave（存盤數(shù)據(jù)組 1，1）

!SaveData（存盤數(shù)據(jù)組 1）

endif

if開關(guān)3=1 then

!EnableDataSave（存盤數(shù)據(jù)組 1，0）

該部分設(shè)計中，還涉及到存盤數(shù)據(jù)組1轉(zhuǎn)移至存盤數(shù)據(jù)庫MDB文件的設(shè)置，這需要在MCGS中建立用戶策略，這里取名為“運行數(shù)據(jù)歸檔”，使用存盤數(shù)據(jù)拷貝構(gòu)件。存盤數(shù)據(jù)組1與微軟件MDB文件關(guān)聯(lián)界面如圖7所示。

圖5 壓水試管數(shù)據(jù)存儲功能的實現(xiàn)邏輯

圖6 存盤數(shù)據(jù)組1的軟件設(shè)置界面

圖7 存盤數(shù)據(jù)組1與微軟MDB文件關(guān)聯(lián)界面

2.4 水壓歷史曲線查詢功能實現(xiàn)

這部分軟件設(shè)計的目的是：在上位機界面上設(shè)置一個歷史曲線查詢子菜單項，操作人員輸入管號，按確定鍵，就可調(diào)出水壓試驗過的鋼管的保壓段曲線。

具體實現(xiàn)步驟：通過將MCGS數(shù)據(jù)庫文件關(guān)聯(lián)至微軟公司開發(fā)的ACCESS2003數(shù)據(jù)庫中，再將ACCESS數(shù)據(jù)庫鏈接至自建的VB歷史曲線形成文件（該VB歷史曲線文件主要將保壓段每秒的保壓值連接成線段），通過VB的.EXE生成工具生成MCGS能執(zhí)行的外部文件。這樣就能在歷史曲線窗口，通過調(diào)用這個外部可執(zhí)行文件來查詢歷史曲線。每查詢一次，就調(diào)用一次VB生成的外部文件。

水壓歷史曲線查詢功能實現(xiàn)原理如圖8所示。

圖8 水壓歷史曲線查詢功能實現(xiàn)原理

該部分設(shè)計中水壓歷史曲線查詢SCRIPT程序語句（其中即時曲線.exe就是VB可執(zhí)行文件）如下：

!Shell（"c：查詢報表vbqxxs_c即時曲線.exe"，1）

2.5 軟件主界面展示

最終做成的水壓采集、顯示及曲線形成系統(tǒng)的軟件主界面如圖9所示。

3 結(jié) 語

基于研華硬件采集卡的水壓信號采集，以及基于MCGS工業(yè)組態(tài)軟件的水壓實時顯示、實時曲線顯示、歷史曲線查詢及壓管數(shù)據(jù)存儲的鋼管水壓試驗水壓采集、顯示及曲線形成系統(tǒng)，已在中國石化集團石油工程機械有限公司沙市鋼管廠直縫鋼管分廠試用兩年多，效果較好。對鋼管行業(yè)來說，鋼管水壓試驗機的水壓曲線系統(tǒng)可以借鑒上述方法，有一定的推廣應(yīng)用價值。

圖9 水壓采集、顯示及曲線形成系統(tǒng)的軟件主界面

［1］張元林.MCGS全中文工控組態(tài)軟件用戶指南［M］.北京：高等教育出版社，2003.

［2］申正曙，杜廣瑋.DEMAG鋼管水壓試驗機的工作原理及其故障分析［J］.鋼管，2000，29（2）：22-26.

［3］衛(wèi)凌云，劉繼高，杜學斌.我國首條雙頭高壓水壓試驗機生產(chǎn)線的研制［J］.鋼管，2006，35（2）：39-42.

［4］史亞臣，韓飛躍，王立芳.340 MN鋼管水壓試驗機系統(tǒng)的研制［J］.鋼管，2011，40（2）：54-56.

［5］郭清華.研華PCL-818L數(shù)據(jù)采集卡在染色機監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.工業(yè)控制計算機，2006，19（7）：27-28.

［6］宗波，李淑彬，王國順.基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的水壓試驗機控制系統(tǒng)［J］.鋼管，2011，40（3）：55-58.

［7］黃法春.PPI協(xié)議在焊接鋼管水壓試驗機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.鋼管，2007，36（3）：47-51.