基于人機界面的液壓萬能試驗機設(shè)計改造

劉美玲

摘 要：在液壓萬能試驗機的使用中，由于其使用性能及效率相對較低，因而需要通過科學(xué)的設(shè)計和改造措施來提升設(shè)備的使用效率。本文主要探究液壓萬能試驗機的設(shè)計和改造，主要介紹上位機、OPC Server和下位機的設(shè)計和改造，希望通過本文的探究，在液壓萬能試驗機的設(shè)計中，可以合理的引進(jìn)PLC技術(shù)以及人機界面技術(shù)。

關(guān)鍵詞：人機界面；液壓萬能試驗機；設(shè)計改造

中圖分類號： TG315.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）03-168-2

0 引言

在部分學(xué)校的教學(xué)中，通常需要采用試驗設(shè)備來進(jìn)行教學(xué)，而由于學(xué)校的經(jīng)費問題，導(dǎo)致其采用使用年限較長的實驗設(shè)備，其面臨淘汰，但是需要用于生產(chǎn)，而設(shè)備的運行及操作方式相對較為落后，無法滿足生產(chǎn)及教學(xué)需求，因而需要通過技術(shù)改造的方式來提升設(shè)備的使用性能，以便可以提升設(shè)備的經(jīng)濟效益。而基于人機界面的萬能試驗機設(shè)計和改造是提升設(shè)備使用性能的重要手段，加強對其探究具有重要的意義。

1 設(shè)計改造動因及方法

在本校的萬能試驗機運用中，主要存在兩臺液壓萬能試驗機，其液壓傳動系統(tǒng)經(jīng)過人為的改造，主要是對送油閥以及回油閥的操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，可以顯示液壓系統(tǒng)的壓力變化，將系統(tǒng)的壓力變化反映在儀表中，對于壓力的測試結(jié)果，通過紙帶進(jìn)行輸出，但是萬能實驗機的整體效率相對較為低下，無法滿足生產(chǎn)及教學(xué)的需求，在此情況下，需要加強對液壓萬能試驗機的設(shè)計和改造。

在現(xiàn)階段的控制技術(shù)中，PLC技術(shù)以及軟件技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于自動化的控制系統(tǒng)中，通過采用PLC控制和監(jiān)控，可以將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C軟件中，繼而通過計算機軟件來實現(xiàn)對系統(tǒng)的操控和監(jiān)督，可以提升系統(tǒng)的自動化性能，因此，結(jié)合PLC數(shù)據(jù)采集技術(shù)以及計算機軟件的控制技術(shù)來改造萬能實驗機具有重要的意義。本次研究主要結(jié)合學(xué)校的西門子S7-200PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，同時采用WINCC軟件對液壓萬能試驗機進(jìn)行可視化的管理操作，從而對液壓萬能試驗機進(jìn)行設(shè)計和改造，以此來提升設(shè)備的整體使用性能。

2 液壓萬能試驗機的系統(tǒng)架構(gòu)

液壓萬能試驗機由于使用年限相對較長，因而不適合對設(shè)備的送油閥及回油閥進(jìn)行改造，而是對電極的控制及數(shù)據(jù)處理方式進(jìn)行設(shè)計和改造，其主要系統(tǒng)架構(gòu)如下：

機械部分：其在液壓回路安裝傳感器檢測壓力，可以將原尺寸裝置拆除，安裝位移傳感器。

電氣組成：采用西門子S7-200PLC下位機，可以接受傳感器傳遞的信號，同時可以實現(xiàn)對電機的控制，在系統(tǒng)中，將PC端作為上位機，通過計算機軟件，可以實現(xiàn)上位機與下位機之間的數(shù)據(jù)交換，同時可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的監(jiān)控和處理。

WinCC是人機界面軟件，其具有多個接口，可以實現(xiàn)通信通道的數(shù)據(jù)交換，同時可以實現(xiàn)自動化設(shè)備接口的通信過程。

OPC是基于COM/DCOM技術(shù)的軟件，其用于服務(wù)器的技術(shù)規(guī)范，通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，可以實現(xiàn)PC與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換服務(wù)。

PC軟件是PLC軟件開發(fā)的服務(wù)器軟件，可以實現(xiàn)與PLC系統(tǒng)的通信，支持多項通信協(xié)議。PPI協(xié)議在信息鏈接中，只需要通過連接線即可完成，配置簡單，且有效范圍可以達(dá)到50m。

S7-200PLC設(shè)備是控制器，通過AI、DI以及AO等數(shù)據(jù)處理指令，可以實現(xiàn)對繼電器的操控，同時可以提升設(shè)備的自動化水平。

3 下位機的設(shè)計改造

在液壓萬能試驗機的設(shè)計和改造過程中，將S7-200PLC作為系統(tǒng)的下位機，可以實現(xiàn)對壓力傳感器以及位移傳感器的實時動態(tài)數(shù)據(jù)采集，繼而可以實現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備的整體監(jiān)督和控制，通過對數(shù)據(jù)的采集，經(jīng)過計算機軟件的處理，可以實現(xiàn)對電極和位移的啟動和停止操作，在與PC機的連接通訊過程中，通常采用PPI方式進(jìn)行解決，通過分析發(fā)現(xiàn)，其I/O地址分配情況如表1所示。

通過表中的數(shù)據(jù)可以看出，在萬能實驗機的操作中，通過I/O地址的分配情況，可以明確PLC的操作職能，同時通過操作相應(yīng)的開關(guān)，即可完成液壓萬能試驗機的操作，因而操作相對較為便捷，可以提升設(shè)備的操作效率。另外，在系統(tǒng)的操作中，對于模擬量的操作，需要通過可視化的管理進(jìn)行調(diào)整，其有利于工作人員的修改和調(diào)試?？傊谙挛粰C的設(shè)計和改造過程中，通過PLC和軟件操作系統(tǒng)，可以最為便捷的實現(xiàn)對設(shè)備的改造。

4 OPC Server系統(tǒng)配置

OPC是以微軟的COM/DCOM技術(shù)為依托，來達(dá)成自動化控制的協(xié)定。以COM為例，對OPC Server的原理進(jìn)行說明。COM是一類發(fā)展軟件組件的方法，發(fā)展自訂的COM對象與構(gòu)建一套動態(tài)執(zhí)行的對象導(dǎo)向API相似，用戶可在應(yīng)用程序執(zhí)行過程中將所需組件或既有組件隨意拼接或移除。在實際操作過程中，COM通過各組接口Interface來提供服務(wù)，而OPC規(guī)格中則通過對多種OPC Server應(yīng)提供的接口進(jìn)行定義，進(jìn)而實現(xiàn)OPC Server COM組件的撰寫。對于本文涉及改造的液壓萬能試驗機而言，在對OPC Server進(jìn)行配置時，應(yīng)在PC access當(dāng)中將通訊屬性設(shè)置為PPI方式，且同S7-200 PLC具有一致的PPI網(wǎng)絡(luò)地址。在此基礎(chǔ)上，將同上位機監(jiān)控變量名稱與地址相對應(yīng)的具體變量，如橫梁升降按鈕與停止按鈕、液壓電動機起停按鈕和壓力通道與數(shù)據(jù)等予以添加，并對所添加的變量進(jìn)行測試，待測試合格后，確定最終配置。在全部配置結(jié)束后，將該軟件設(shè)定為開機自動運行。

5 上位機的設(shè)計改造

以WinCC組態(tài)軟件對項目進(jìn)行構(gòu)建。首先，構(gòu)建OPC的驅(qū)動連接方式，從所選的S7-200 OPC Server當(dāng)中將各變量導(dǎo)入至項目當(dāng)中，需要說明的是，在導(dǎo)入過程中，相應(yīng)的壓力與位移變量應(yīng)做標(biāo)定處理。主畫面共分菜單區(qū)、監(jiān)控區(qū)以及導(dǎo)航區(qū)三部分，其中，菜單區(qū)主要包括用戶登錄與注銷、系統(tǒng)退出、系統(tǒng)幫助、參數(shù)項設(shè)置等模塊。在激活相應(yīng)菜單項后，會彈出相應(yīng)對話框以便用戶操作。導(dǎo)航區(qū)主要包括壓力位移、壓力時間以及數(shù)據(jù)記錄與系統(tǒng)退出等模塊，同樣，在電機相應(yīng)按鈕后，則會出現(xiàn)與之相對應(yīng)的對話框以便用戶操作。在監(jiān)視區(qū)方面，主要包括了子畫面窗口以及操作控板界面兩部分，其中，子畫面窗口是對液壓萬能試驗機各部分工況的監(jiān)測畫面，通過點擊按鈕將激活相關(guān)畫面，例如激活液壓萬能試驗機的壓力位移在線趨勢圖，并將畫面顯示在監(jiān)控區(qū)域中，為用戶對液壓萬能試驗機的查詢和控制提供便利。而界面按鈕控件在激活后，則會授權(quán)給相應(yīng)的Student和Teacher用戶。操作面板界面主要負(fù)責(zé)將實驗材料屬性的有關(guān)信息顯示給用戶，同時，實現(xiàn)對液壓電機的控制。需要說明的是，操作面板中的材料屬性界面還包含了人工輸入選項和經(jīng)由計算得到的結(jié)果項，對于用戶而言，其能夠通過激活子畫面的數(shù)據(jù)開展計算，并將相關(guān)信息顯示在屏幕上。在電機控制方面，液壓萬能試驗機的電機既能夠通過按鈕實現(xiàn)控制，也能夠通過人機界面實現(xiàn)精準(zhǔn)操控。

6 結(jié)語

在液壓萬能試驗機的使用中，需要對其進(jìn)行設(shè)計和改造，可以提升設(shè)備的整體使用性能。希望通過本文的分析，在液壓萬能試驗機的設(shè)計和改造中，可以引進(jìn)PLC技術(shù)和人機界面軟件，從而可以對上位機、下位機及操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和改造，以此來提升設(shè)備的整體使用性能。