基于Labview 的過程參數(shù)追溯系統(tǒng)開發(fā)

譚善鋒，趙宗紅

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島 266555）

0 引言

隨著自動化生產(chǎn)的普及，生產(chǎn)線中使用大量的壓力表、溫度表、流量表等儀器，用于監(jiān)控生產(chǎn)過程，保證壓力、溫度、流量等參數(shù)在要求范圍內(nèi)。這些儀器只能顯示當(dāng)前參數(shù)，不能保存歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示參數(shù)的變化趨勢。在出現(xiàn)設(shè)備故障、產(chǎn)品質(zhì)量變異等問題時，無法對加工過程進(jìn)行追溯。以拋光機(jī)的拋光壓力參數(shù)為例，開發(fā)一款過程參數(shù)追溯系統(tǒng)，實現(xiàn)拋光壓力的實時顯示及保存功能，方便加工過程追溯。

Labview 是一種圖形化的編程語言開發(fā)環(huán)境，被視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，利用他可以方便地建立自己的虛擬儀器，因此系統(tǒng)采用Labview 作為開發(fā)環(huán)境。

1 軟件功能要求

為實現(xiàn)拋光機(jī)拋光壓力參數(shù)的實時顯示及保存，軟件需具有以下功能：

（1）與拋光機(jī)進(jìn)行實時通信，獲取拋光壓力參數(shù)數(shù)據(jù)。

（2）對拋光壓力參數(shù)進(jìn)行圖形化顯示。

（3）拋光壓力參數(shù)保存記錄。

（4）拋光壓力實時參數(shù)與設(shè)定值比較，超出設(shè)定范圍時報警。

2 軟件架構(gòu)設(shè)計

（1）根據(jù)軟件的功能要求，繪制軟件的功能流程如圖1 所示。

（2）程序框圖設(shè)計。根據(jù)功能流程圖，使用2 個while 循環(huán)作為程序基本框架。如圖2 所示，一個while 循環(huán)使用狀態(tài)機(jī)，結(jié)合事件結(jié)構(gòu)，用于處理事件響應(yīng)，主要包括拋光壓力最大、最小值改變、歷史數(shù)據(jù)記錄、壓力狀態(tài)顯示等。另一個while 循環(huán)使用狀態(tài)機(jī)，結(jié)合條件結(jié)構(gòu)，用于處理拋光壓力參數(shù)的采集及實時顯示。

（3）操作界面設(shè)計。根據(jù)要實現(xiàn)的功能，操作界面分為設(shè)置區(qū)和顯示區(qū)兩部分，設(shè)置區(qū)用于設(shè)定相關(guān)監(jiān)控參數(shù)，包括主軸頸、連桿頸拋光壓力要求的最大值、最小值，保存壓力數(shù)據(jù)的時間參數(shù)。顯示區(qū)用于數(shù)據(jù)及狀態(tài)顯示，包括實時壓力標(biāo)簽頁和歷史數(shù)據(jù)標(biāo)簽頁，實時壓力標(biāo)簽頁顯示各個拋光單元的實時拋光壓力數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)標(biāo)簽頁顯示歷史工件的拋光壓力數(shù)據(jù)。標(biāo)簽頁上方放置狀態(tài)欄，顯示當(dāng)前拋光壓力是否在設(shè)定范圍內(nèi)，以及歷史數(shù)據(jù)的存放地址。操作界面如圖3所示。

圖1 功能流程圖

3 硬件配置設(shè)計

為實現(xiàn)實時拋光壓力參數(shù)的采集，使用具有I/O Link 功能的壓力傳感器監(jiān)控拋光壓力。I/O Link 是一種點對點的串行數(shù)字通信協(xié)議，可以在傳感器與控制器之間進(jìn)行周期性的數(shù)據(jù)交換。一個I/O Link 系統(tǒng)主要由如下幾部分組成：I/O Link 主管、I/O Link 設(shè)備、非屏蔽3～5 芯標(biāo)準(zhǔn)線纜、I/O Link 設(shè)置工具。在該系統(tǒng)中，I/O Link 主管采用巴魯夫的BNI PBS-502-001-Z001模塊，I/O Link 設(shè)備采用易福門的PN7002 壓力傳感器，并為每個壓力傳感器分配地址。硬件配置如圖4 所示。

圖2 程序框圖

圖3 軟件操作界面

4 軟件功能實現(xiàn)

（1）使用OPC 實現(xiàn)軟件通信。軟件與機(jī)床PLC 的通信使用OPC 技術(shù)來實現(xiàn)，OPC 是為了給工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用程序之間的通信建立一個接口標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)控制設(shè)備與控制軟件之間建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存取規(guī)范。主要解決過程控制系統(tǒng)與其數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)交換問題，可以在各個應(yīng)用之間提供透明的數(shù)據(jù)訪問。在OPC Server 中輸入要連接的設(shè)備PLC 類型及IP 地址，建立OPC 通道，配置要與拋光壓力追溯系統(tǒng)進(jìn)行交互的信號，包括各拋光單元的壓力數(shù)據(jù)，拋光單元夾緊信號等。OPC 配置如圖5所示。

（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。易福門的PN 系列壓力傳感器采集到的為16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其中第0 位與第1 位分別為壓力傳感器out1、out2 兩個功能的設(shè)定，剩余14 位為壓力數(shù)據(jù)。為取得壓力數(shù)據(jù)，需要對采集到的16 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，去除第0 位及第1位，建立數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子VI（圖6）。

圖4 硬件配置畫面

圖5 OPC 配置畫面

圖6 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子VI

5 功能驗證

程序設(shè)計完成后，運(yùn)行程序建立與設(shè)備的連接，實時壓力標(biāo)簽頁可實時顯示各個單元拋光壓力曲線，每一個加工循環(huán)取一組壓力數(shù)據(jù)存儲在歷史數(shù)據(jù)中，并在歷史數(shù)據(jù)標(biāo)簽頁顯示（圖7）。歷史數(shù)據(jù)根據(jù)加工時間存放在Excel 表格中，可進(jìn)行歷史過程追溯。改變主軸頸、連桿頸壓力監(jiān)控設(shè)置值，使其范圍超出實際壓力，驗證軟件可報警壓力超出要求范圍，報警功能有效。

6 結(jié)束語

結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，結(jié)合IO Link 技術(shù)開發(fā)一套過程參數(shù)的追溯系統(tǒng)，對拋光機(jī)的拋光壓力參數(shù)進(jìn)行實時顯示及存儲，并在超出設(shè)定范圍時進(jìn)行故障報警。存儲的數(shù)據(jù)可實現(xiàn)歷史加工過程的追溯。通過增加監(jiān)控點，該系統(tǒng)可進(jìn)一步擴(kuò)展到壓力、流量、溫度、液位等過程參數(shù)的追溯。

圖7 程序運(yùn)行狀態(tài)