基于組態(tài)王的磨合頂鎖試驗(yàn)臺監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉海洋李 美

（1.蕪湖航翼集成設(shè)備有限公司，安徽 蕪湖 241000；2.安徽信息工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241100）

0 引言

磨合頂鎖試驗(yàn)臺為裝備修理企業(yè)常用的試驗(yàn)設(shè)備，其通過油液交替供壓來實(shí)現(xiàn)被試產(chǎn)品的往復(fù)磨合等功能。目前，該類型的試驗(yàn)設(shè)備多為傳統(tǒng)半自動化或純手動控制設(shè)備，在整個試驗(yàn)過程中操作步驟煩瑣，且易出錯，容易對產(chǎn)品造成損害，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，勢必會影響企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。此外，在產(chǎn)品試驗(yàn)過程中，數(shù)據(jù)記錄取樣有限，不能很好地對試驗(yàn)過程進(jìn)行有效分析，最終影響產(chǎn)品性能的優(yōu)化提升。

組態(tài)王軟件［1］是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，其具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)效益好、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。組態(tài)王軟件系統(tǒng)可分為控制層、監(jiān)控層、管理層。其中，監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，在對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與控制的同時，完成上傳下達(dá)和組態(tài)開發(fā)的功能。尤其是要考慮畫面、數(shù)據(jù)、動畫等問題。通過對監(jiān)控系統(tǒng)的要求和要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行分析，采用組態(tài)王軟件對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)王軟件可提供可視化監(jiān)控畫面，便于對現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控，且其能充分利用Windows的圖形編輯功能，從而構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫的方式來顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，其具有報警窗口、實(shí)時趨勢曲線等，還能生成各種報表。組態(tài)王軟件還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序、靈活的組態(tài)方式和數(shù)據(jù)鏈接功能。

S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC是西門子公司推出的一款小型可編程控制器，其結(jié)構(gòu)緊湊、擴(kuò)展性強(qiáng)、指令功能強(qiáng)大、控制穩(wěn)定性及可靠性高，同時價格較為低廉，成為小型控制工程的首選控制器。

本研究基于組態(tài)王工業(yè)控制技術(shù)對磨合頂鎖試驗(yàn)臺監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)［2］，硬件控制底層采用S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC［3-5］對試驗(yàn)臺運(yùn)行進(jìn)行設(shè)計(jì)，上位機(jī)主控部分采用組態(tài)王工業(yè)控制技術(shù)對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺的全自動化運(yùn)行，通過人機(jī)交互畫面可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控，且組態(tài)王具有數(shù)據(jù)記錄功能，可對試驗(yàn)臺運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時精確的記錄與存儲，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)效率的提高，最大化提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

磨合頂鎖試驗(yàn)臺上位機(jī)采用亞控Kingview 6.60（64點(diǎn)）組態(tài)王軟件控制技術(shù)對上位機(jī)畫面的組態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，通過RS232串行通信來實(shí)現(xiàn)上位機(jī)（主控計(jì)算機(jī)）與下位機(jī)（可編程控制器）之間的數(shù)據(jù)快速傳輸。在Kingview 6.60軟件中，通過添加S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC可編程控制器設(shè)備，來完成S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC與Kingv-iew 6.60軟件的網(wǎng)絡(luò)鏈接，通過Kingview 6.60軟件來建立與PLC控制相對應(yīng)的數(shù)據(jù)變量，可實(shí)現(xiàn)下位機(jī)開關(guān)量、數(shù)據(jù)參數(shù)到上位機(jī)的映射，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺的監(jiān)控功能。上位機(jī)的另一個重要功能就是對可編程控制器采集到的系統(tǒng)壓力、加載載荷、油箱溫度、氣源壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時在線記錄與存儲。被試驗(yàn)產(chǎn)品在試驗(yàn)過程中，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到某一值時，在某一時間段（10 min）內(nèi)及2個換向閥左右通段時間（1 min）內(nèi)的實(shí)時數(shù)據(jù)記錄量過大，采用微軟ACCESS數(shù)據(jù)庫，按照被試驗(yàn)產(chǎn)品的型號、試驗(yàn)人工號、試驗(yàn)日期對系統(tǒng)壓力、加載載荷、油箱溫度、氣源壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行在線記錄存儲。通過調(diào)用Kingview軟件庫函數(shù)及編寫功能腳本語言，可建立Kingview軟件與ACCESS數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)鏈接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線記錄與存儲功能。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

對不同型號的試驗(yàn)產(chǎn)品用單選按鈕控件來進(jìn)行區(qū)分，即在進(jìn)行后臺數(shù)據(jù)記錄時，通過單選按鈕控件來選擇所要進(jìn)行試驗(yàn)的產(chǎn)品，并將相關(guān)數(shù)據(jù)錄入后臺數(shù)據(jù)記錄表格中，從而實(shí)現(xiàn)按產(chǎn)品型號區(qū)分后臺數(shù)據(jù)記錄。磨合頂鎖試驗(yàn)臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)邏輯如圖2所示。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)邏輯

2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈接設(shè)計(jì)

2.1 創(chuàng)建通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)是磨合頂鎖試驗(yàn)臺上位機(jī)監(jiān)控與下位機(jī)控制的橋梁，選用的通信類型是由下位機(jī)（控制器）所支持的通信網(wǎng)絡(luò)方式來決定的，常見的有串口通信、以太網(wǎng)通信等，本研究選用下位機(jī)串口通信（RS232）方式進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。首先，通過USB轉(zhuǎn)RS232串口連接電纜，將安裝有組態(tài)王軟件的計(jì)算機(jī)與S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC進(jìn)行物理連接；其次，在進(jìn)入組態(tài)王軟件運(yùn)行環(huán)境后，創(chuàng)建項(xiàng)目工程，從而進(jìn)入項(xiàng)目工程開發(fā)界面；最后，在“設(shè)備”菜單欄中選擇S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC與計(jì)算機(jī)連接的COM端口，通常可在計(jì)算機(jī)設(shè)備管理中查詢到S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC與計(jì)算機(jī)連接的端口。此時，要對串口通信的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行配置（波特率設(shè)置為9 600、數(shù)據(jù)位設(shè)置為8位、奇偶校驗(yàn)設(shè)置為偶校驗(yàn)、停止位設(shè)置為1位、通信方式設(shè)置為RS232）。串口參數(shù)配置示例如圖3所示。

圖3 串口參數(shù)設(shè)置

在完成串口通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置后，在所用COM口下新建的“S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC”設(shè)備中，使用組態(tài)王軟件的配置向?qū)Чδ芗纯赏瓿杀敬捂溄釉O(shè)備的資源添加。

2.2 定義數(shù)據(jù)變量

在組態(tài)王軟件中，變量的集合被稱為“數(shù)據(jù)詞典”。數(shù)據(jù)詞典記錄了用戶可使用的所有數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息，其位于組態(tài)王工程瀏覽器“數(shù)據(jù)庫”項(xiàng)的下拉列表中。將應(yīng)用工程中定義的變量及系統(tǒng)變量存放于數(shù)據(jù)詞典中。變量可分為基本類型和特殊類型，基本類型變量按照數(shù)據(jù)類型可分為離散型、實(shí)型、整型和字符串，特殊類型變量有報警窗口變量、報警組變量、歷史趨勢曲線變量和時間變量。

在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，新建的“S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC”設(shè)備在完成資源添加后，組態(tài)王完成其與下位機(jī)S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC［6］之間的通信設(shè)置。此時，要在組態(tài)王項(xiàng)目工程菜單選項(xiàng)欄“數(shù)據(jù)庫”中建立上下位機(jī)數(shù)據(jù)鏈接變量，具體設(shè)計(jì)步驟如下。根據(jù)磨合頂鎖試驗(yàn)臺的功能對功能變量進(jìn)行梳理，即梳理出數(shù)字量輸入（按鈕開關(guān)）數(shù)量、數(shù)字量輸出（指示燈）數(shù)量、模擬量輸入（可調(diào)電位計(jì)）數(shù)量及模擬量輸出（壓力、流量等）數(shù)量，同時確定模擬器量輸入輸出對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型（整型、浮點(diǎn)型等）。

選擇所建項(xiàng)目工程菜單選項(xiàng)欄“數(shù)據(jù)庫”中的“數(shù)據(jù)詞典”選項(xiàng)，進(jìn)入變量編輯欄，通過“新建”功能來定義2.1中梳理出的磨合頂鎖試驗(yàn)臺變量，并在新建變量編輯欄中選擇“S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC”設(shè)備，即可完成變量的網(wǎng)絡(luò)鏈接。

2.3 創(chuàng)建記錄體與表格模板

使用磨合頂鎖試驗(yàn)臺進(jìn)行試驗(yàn)時，要對系統(tǒng)壓力、氣源壓力等參數(shù)進(jìn)行記錄與存儲，方便后期查詢。此時，要對系統(tǒng)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)υ囼?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時記錄。在對試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行記錄前，先要確定數(shù)據(jù)的記錄格式，通常會以日期、時間、試驗(yàn)人、試驗(yàn)參數(shù)的格式進(jìn)行記錄存儲。試驗(yàn)記錄格式通過“記錄體”和“表格模板”進(jìn)行定義，在SQL訪問管理器中創(chuàng)建“記錄體bind1”和“表格模板table”，如圖4所示。

圖4 創(chuàng)建記錄體、表格模板

2.4 數(shù)據(jù)記錄

在完成記錄體與表格模板創(chuàng)建后，系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)默認(rèn)為表格模板中定義的格式進(jìn)行存儲。通常情況下，在進(jìn)行試驗(yàn)時，當(dāng)試驗(yàn)參數(shù)達(dá)到工藝規(guī)定值時，通過外部施加一觸發(fā)信號，系統(tǒng)開始進(jìn)入后臺自動實(shí)時記錄?？赏ㄟ^編寫命令語言來實(shí)現(xiàn)對后臺數(shù)據(jù)的自動記錄。考慮到試驗(yàn)過程中記錄的數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，本研究采用ACCESS數(shù)據(jù)庫對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存儲。首先，在PC端數(shù)據(jù)源（ODBC）中創(chuàng)建數(shù)據(jù)存儲的ACCESS數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)存儲表格；然后，在新建畫面“畫面屬性”中進(jìn)入“命令語言”，進(jìn)行腳本語言的編輯。腳本數(shù)據(jù)記錄命令語言如下。

SQLConnect（DeviceID，“dsn=mine；uid=；pwd=”）；//實(shí)現(xiàn)組態(tài)王軟件與所創(chuàng)建的“mine”數(shù)據(jù)庫之間的鏈接；

SQLCreateTable（DeviceID，“試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)”，“table”）；//在“mine”數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建數(shù)據(jù)記錄表格“table“；

if（\本站點(diǎn)start_datewrite_led==1），

SQLInsert（DeviceID，“試 驗(yàn) 記 錄 數(shù) 據(jù)”，“bind1”）；//當(dāng)外部施加啟動記錄觸發(fā)信號時，此時系統(tǒng)開始對后臺數(shù)據(jù)進(jìn)行自動記錄；

if（\本站點(diǎn)delete_datewrite_led==1），

SQLClearTable（DeviceID，“試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)”）；//當(dāng)需要對數(shù)據(jù)記錄表格“table”中的數(shù)據(jù)清空時，此時外部要施加一觸發(fā)信號，系統(tǒng)會自動對數(shù)據(jù)記錄表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行清空。

2.5 創(chuàng)建下拉菜單

考慮到磨合頂鎖試驗(yàn)臺的試驗(yàn)產(chǎn)品具有多樣性的特點(diǎn)，設(shè)備在進(jìn)行后臺試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄時，會以產(chǎn)品類型分類的形式對試驗(yàn)過程中的記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分。在磨合頂鎖試驗(yàn)臺監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，使用組態(tài)王軟件［7］中的“下拉菜單”控件進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)流程如下。

首先將試驗(yàn)產(chǎn)品種類進(jìn)行文本編輯，以.csv格式進(jìn)行保存；然后對“下拉菜單”控件進(jìn)行重新配置，并關(guān)聯(lián)相關(guān)定義變量，在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)畫面命令語言中編寫的腳本命令語言如下。

listLoadList（“組 合 框 信 息”，“C：Documents and SettingsAdministrator桌面磨合頂鎖試驗(yàn)臺組態(tài)磨合定鎖試驗(yàn)臺新建工作表.csv”）；

最后對下拉組合框控件進(jìn)行配置，從而實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)產(chǎn)品的自主手動選擇。

在完成上述設(shè)計(jì)后，磨合頂鎖試驗(yàn)臺投入運(yùn)行時，試驗(yàn)人可通過下拉控件來選擇所要試驗(yàn)的產(chǎn)品，即可實(shí)現(xiàn)對后臺數(shù)據(jù)的分類記錄。

3 監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

通過組態(tài)王軟件自帶的控件，在已建的項(xiàng)目工程畫面中添加磨合頂鎖試驗(yàn)臺相關(guān)閥類開關(guān)、電源控制按鈕、參數(shù)顯示模塊等，即可完成對磨合頂鎖試驗(yàn)臺的監(jiān)控設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的磨合頂鎖試驗(yàn)臺監(jiān)控系統(tǒng)可對試驗(yàn)過程中的各類參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控、記錄和存儲。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證

4.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

磨合頂鎖試驗(yàn)臺監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)字顯示模塊、按鈕指示模塊、報警指示模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、產(chǎn)品/試驗(yàn)人員加載模塊及系統(tǒng)開關(guān)機(jī)模塊組成。

數(shù)字顯示模塊可實(shí)時精準(zhǔn)顯示出試驗(yàn)臺在工作過程中的系統(tǒng)壓力、加載載荷、氣源壓力及流量，將下位機(jī)控制器采集處理后的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控數(shù)字顯示模塊中，用戶能更直觀地觀察試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而判斷試驗(yàn)條件是否符合要求。

按鈕指示模塊由試驗(yàn)臺上的各類操作按鈕及指示燈組成，包括泵站啟/停按鈕和指示燈、蜂鳴器報警復(fù)位按鈕、換向閥開關(guān)按鈕和指示燈等。用戶通過控制按鈕來實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)臺的控制，同時系統(tǒng)反饋的指示燈信號會在監(jiān)控畫面上顯示。

報警指示模塊主要用于在超溫或缺油情況下的自動報警指示，即報警指示燈閃爍用來提醒用戶對報警做出應(yīng)對措施。

數(shù)據(jù)記錄模塊主要用于產(chǎn)品試驗(yàn)過程中對系統(tǒng)壓力、加載載荷、氣源壓力及流量數(shù)據(jù)的實(shí)時在線記錄，并將記錄數(shù)據(jù)存儲到ACCESS數(shù)據(jù)庫中，用戶可通過所建的ACCESS數(shù)據(jù)庫文件對試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。

產(chǎn)品/試驗(yàn)人員加載模塊主要實(shí)現(xiàn)操作人員對試驗(yàn)產(chǎn)品的手動選擇及操作人員姓名和工號的輸入，便于對后臺試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

系統(tǒng)開關(guān)機(jī)模塊用于監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)關(guān)閉或監(jiān)控軟件系統(tǒng)關(guān)閉?！跋到y(tǒng)關(guān)機(jī)”按鈕用于關(guān)閉監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)；“退出系統(tǒng)”按鈕可讓用戶退出監(jiān)控系統(tǒng)軟件，并不關(guān)閉監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)。

4.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

通過搭建磨合頂鎖控制系統(tǒng)軟硬件資源平臺，并結(jié)合磨合頂鎖液壓平臺產(chǎn)品試驗(yàn)種類進(jìn)行監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)，監(jiān)控系統(tǒng)畫面如圖5所示。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，本研究設(shè)計(jì)的磨合頂鎖監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，滿足實(shí)際的工程需求，具有一定的實(shí)用價值。

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)畫面

5 結(jié)語

為滿足磨合頂鎖試驗(yàn)臺試驗(yàn)過程的具體要求，本研究對其監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)能對試驗(yàn)過程中的狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，便于人機(jī)交互。同時，系統(tǒng)可通過后臺自動運(yùn)行實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)參數(shù)的實(shí)時記錄存儲，便于后期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢。該系統(tǒng)已應(yīng)用于相關(guān)企業(yè)的數(shù)字化產(chǎn)線改造中，相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)效率得到明顯提高。