氣密性檢測設備組態軟件的人機監控系統開發

潘賽虎 段鎖林 高玉梅

(常州大學信息科學與工程學院，江蘇 常州 213164)

0 引言

作為城市燃氣輸送的控制閥，其氣密性的良好與否直接關系到人的生命和財產安全［1－2］。氣密性檢測是保證產品質量、生產安全的重要工序，在生產過程中的作用已受到廣泛關注。氣密性檢測范圍已經從以前的汽車制造業發展到現在的日用品行業［3－4］，其通常需要定量檢測，而且要求快速、大量地在生產現場進行［5］。

本設計利用PLC與組態軟件，基于平板電腦設計完成對閥門的氣密性檢測。該設計通過PLC編程實現對電機和電磁閥的控制;通過安裝在機體上部的兩臺交流電機分別帶動兩側絲杠轉動，實現被檢測閥門上升與下降。電機的運行速度通過變頻器進行控制。采用組態王組態軟件設計組態工程與PLC程序進行通信，實現對檢測設備及檢測現場的監控;由PLC獲取檢測的實時信號，實現對檢測過程的實時監控;并通過攝像監控以及圖像處理判斷閥門的合格性。總之，整個檢測過程實現了自動化。

1 檢測系統的流程與設備

閥門檢測的整體流程如圖1所示。

圖1 閥門檢測整體流程圖Fig.1 The overall flowchart of valve detection

本設計中要完成的氣密性檢測系統是基于PLC、組態軟件和平板電腦設計完成的。在設計氣密性檢測的過程中，由電機帶動被檢測閥門的上下動作，即實現上下料操作。

電機的速度通過變頻器進行控制。采用變頻器控制可以有效地防止電機在啟動過程中對周圍電網的影響。電機利用變頻器可以實現無級調速，滿足了生產工藝過程中小車平臺在不同工況下對電機調速控制的要求，以及檢測過程中對平臺運動的不同速度的要求。由氣缸控制平臺的前進與后退，而氣缸的充氣動作則由電磁閥進行控制。

為了實現檢測過程的正確執行，系統通過PLC編程控制實現在適當的時間給予觸發控制;為了實現各電磁閥動作控制，系統利用中間繼電器進行觸發。

2 組態軟件監控系統的設計

2.1 組態設計整體構思

在本設計中，通過組態的設計需要實現對閥門氣密性檢測的監控;要求能夠在平板電腦上經組態畫面看到閥門氣密性檢測的實際過程，并能夠實現對檢測過程的控制，與PLC完成通信連接;同時，還必須完成與攝像監控部分的連接，以便在充水、充氣檢測時調用攝像監控畫面，并通過圖像處理進行閥門氣密性合格的判斷。

由于在實際的檢測過程中對設備的操作完全由組態部分進行控制，且考慮到安全問題，需要在組態畫面設置“急停”按鈕，以便在出現故障時緊急停車。

在組態畫面中設置畫面時，為方便調試，將主要運行界面分為“全自動”和“手動”兩個部分。在“全自動”狀態下，只需由組態給PLC啟動全自動運行的條件信號，便開始整個檢測過程，而組態則通過PLC獲取信號實時的現實檢測過程;在“手動”狀態下，則需要由組態給予PLC每步執行的信號才會進行相應的檢測步驟。手動檢測可用于檢測的調試當中。

由于閥門種類繁多，每個閥門結構尺寸各不相同，因此，需要對各個檢測的閥門進行相關數據記錄，并與對應的檢測結果進行聯系保存結果。同時，為了保證責任到個人，還需對閥門的檢測人員進行記錄。

2.2 組態主監控畫面的設計

在組態監控系統中，需要能夠實現對檢測現場的實時監控。因此，需要制作與現場對應的監控主界面。本文完成了監控主人機界面運行狀態圖的設計。

在主界面中，組態主監控界面的設計應體現氣密性檢測設備的整體風貌，并且該設計需要完成對相關連接設備的監控操作。本設計中采用不同的按鈕來實現此功能。同時，可以通過動態的畫面實現檢測現場的實時監控，畫面中各部分將與實際檢測設備保持同步運行。

為方便管理，主界面還添加了日期和檢測時間的顯示功能。另外，添加了用戶信息顯示版塊，以清晰地查看檢測操作人員的身份及其所具有的控制優先級。此外，顯示用戶信息也與系統變量進行連接，與開發系統在用戶配置時定義的用戶信息相一致。

在組態監控系統中，設置新用戶組為“操作人員”，并在其中定義用戶“操作工”和“調試操作員”。其中，“操作工”可以進行一般的檢測操控，但不能對半自動畫面進行操作;設置“調試操作員”的安全區不僅可以進行一般的檢測操作，而且可以對半自動畫面進行操作。在定義用戶時還要對用戶設置各自的權限大小。在組態系統中，權限最高為999，最低為1。

同時，在定義用戶配置時還需對組態各畫面上的操作對象進行安全區設置。在本系統中，對運行主界面中的相關按鈕設置安全區，并且為各按鈕設置使用優先級，使得優先級低于設置優先級的用戶不能隨便進行操作，即使得用戶未登錄時不能進行任何操作。這樣可以保證檢測系統的安全正常運行。

由于主界面中在開發狀態時設置了“啟動”和“急停”按鈕的安全區和優先級，所以用戶未登錄前“啟動”和“急停”按鈕為灰色，不能進行操作。為便于用戶進行登錄操作，在設計中采用添加使用LogOn()命令的按鈕，在進入運行狀態后按下此按鈕便可彈出登入對話框。為使監控系統一旦進入運行狀態便可使用此按鈕，故將其放在主界面上。同時，為使整體的畫面能夠更美觀，將此按鈕設計為圖畫形式，如主界面上的時間顯示模塊前的筆形圖案。

在主界面上設置的一系列調用按鈕都有各自的作用:“閥門參數設置”用來記錄各檢測閥門的數據;“啟動半自動”用來切換到手動運行狀態并顯示手動畫面，在手動運行界面還可以進行各種操作，實現半自動調試;除了通過“啟動半自動”按鈕實現進入半自動檢測畫面外，還可以通過初始啟動檢測時出現的“運行方式選擇”對話框選擇進行手動檢測。

在組態監控系統中，在對閥門進行檢測的同時還需對所檢測的閥門進行區別。為了更好地區分檢測的閥門，需要對它們進行參數記錄，并通過報表將其展示出來。本設計中將報表設計為實時報表和歷史報表兩大塊。實時報表顯示實時檢測閥門的信息，而歷史報表可以調出閥門檢測的歷史記錄數據。本設計通過運行主界面上的“報表顯示”調用報表顯示畫面，運行狀態調出實時報表畫面“實時報表”;“歷史報表查詢”按鈕調用歷史報表查詢畫面，運行狀態調出歷史報表畫面“歷史報表”。

2.3 組態王與數據庫的連接

在組態設計過程中，還要實現報表功能。目前，組態王的報表數據統計功能仍具有一定的局限性，但將組態王的其他功能與報表功能相結合，就可以實現數據統計的功能［6］。

首先設計一個數據庫，以將數據存放在該數據庫報表中，并且在系統中添加數據源，將其連接到為保存數據所設置的數據庫，同時，需在組態命令語言中添加啟動命令“SQLConnect;”。在完成組態與數據庫的連接后，可以通過組態系統提供的函數與數據庫進行各種相關操作。

3 組態王與PLC的通信

在進行組態和PLC的程序聯合調試之前，首先需要完成兩者的通信。根據“組態王”通信驅動程序的要求，配置相應的電路結構，將主機與下位機相連。組態王通信通常是按RS-232或RS-432協議進行的，信息交換方式為字符串方式［7］。在本氣密性檢測系統中，采用S7-200的PPI編程電纜RS-232/485實現計算機與CPU模塊的通信，并使用平板電腦的COM2口，在組態中設置通信參數，波特率為19200 bit/s，其他參數采用默認值。

4 組態王與圖像處理軟件的通信

本檢測系統設備通過Delphi軟件編程實現數字圖像處理功能。Delphi編程軟件是一個Windows獨立應用程序。

為了實現在運行狀態時能夠通過組態監控系統調用攝像監控部分，使其能夠進行拍照并做圖像處理，實現組態王與獨立的外部應用軟件的數據交換，需要在組態中定義一個能夠實現與組態軟件外的獨立設備進行通信的設備［8］。

組態過程中提供了動態數據交換(dynamic data exchange，DDE)、PLC、板卡、變頻器、智能模塊和智能儀表這些驅動設備。在此，我們選擇通過DDE設備實現此功能。首先需定義一個動態數據交換(DDE)設備，DDE設備的設置包括連接對象名、服務程序名、話題名和數據交換方式。

DDE是Windows平臺上的一個完整的通信協議，它使支持動態數據交換的兩個或多個應用程序能彼此交換數據和發送指令。DDE始終發生在客戶應用程序和服務器應用程序之間。可將DDE過程比喻為兩個人的對話，一方向另一方提出問題，然后等待回答。提問的一方稱為“顧客”(client)，回答的一方稱為“服務器”(server)。一個應用程序可以同時是“顧客”和“服務器”:當它向其他程序中請求數據時，它充當的是“顧客”;若有其他程序需要它提供數據，它又成了“服務器”。

在設計過程中發現，如果選擇組態王程序作為客戶端、圖像處理軟件作為服務器端時，圖像處理軟件必須在組態王程序運行前運行，以保證正常的數據傳遞和調用。因此，需把組態王配置為DDE服務器端，而把圖像處理軟件設置為客戶端。

組態王作為服務器，其服務器名為VIEW，話題名為tagname，每一個項目的名字就是其所對應的寄存器名。因為需要寄存器名，所以組態王中的內存變量是不允許DDE訪問的，I/O設備中的數據允許訪問。這個矛盾可以用組態王提供的仿真PLC實現。

5 結束語

本設計的目的是完成閥門氣密性檢測設備的組態軟件監控系統設計。本氣密性檢測設備是基于組態軟件和PLC設計的自動檢測系統，是針對以前氣密性檢測手動執行系統的改進。與以前的手動檢測相比，自動檢測系統更加可靠安全，且效率也得到很大提高。

本設計最終實現了對閥門氣密性檢測設備的組態監控系統設計，成功完成了與PLC的通信，實現了對閥門檢測的過程的實時監控，并可以調用圖像處理系統進行合格性判斷，能在組態監控系統中實現閥門參數以及檢測結果的最終記錄和調用功能。

［1］喬梅波，都利勇，王忠財.發動機氣門與氣門座氣密性檢測［J］.內燃機與動力裝置，2009(2):52－54.

［2］寇若嵐，楊甲輝.PLC在消聲器氣密性檢測中的應用［J］.工業控制計算機，2010(10):6－7.

［3］劉遠祥.氣密性自動檢測和辨識系統的研究和開發［J］.裝備制造，2009(12):131－132.

［4］李琦，吳電華，張佳福，等.蓄電池氣密性檢測設備故障診斷專家系統［J］.現代制造技術與裝備，2007(4):45－46.

［5］李銀華，安小宇，黃軍壘.工業部件密封性能檢測裝置的研究［J］.自動化與儀表，2010(5):11－14.

［6］周劉靖.監控組態軟件網絡功能模塊的設計與開發［D］.上海:復旦大學，2010.

［7］蘇秀麗，錢琳琳，寇玉民.工業信息網絡在傳送帶控制中的構建及應用［J］.控制工程，2009(16):95－98.

［8］張莉.嵌入式工業監控系統下位機軟件設計與實現［D］.鄭州:鄭州大學，2007.