基于MCGS的鋼管水壓試驗水壓采集、顯示及曲線形成系統

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，水壓數據的實時顯示給操作人員提供了水增壓、減壓的操作依據，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據存儲能為日后查詢壓水試管記錄提供方便，也能為鋼管生產車間將壓水試管工作責任到人提供參考數據。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、用于快速構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統，主要完成現場數據的采集與監測、前端數據的處理與控制，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/XP等操作系統）［1］組態平臺的鋼管水壓試驗水壓采集、顯示及曲線形成系統的實現方法。

1 硬件實現方法

鋼管水壓試驗水壓采集、顯示及曲線形成系統的硬件主要作用是完成水壓信號的采集［2-4］。實現方法是：將經過外圍電路處理的水壓傳感器信號接入到研華PLCD-880模擬信號轉接板的0通道，該轉接板通過ISA轉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的設備驅動管理窗口讀入，從而實現了水壓信號的采集。

水壓采集、顯示及曲線形成系統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的硬件組態示意

2 軟件設計

水壓采集、顯示及曲線形成系統的軟件主要作用是實現對水壓信號值的處理及顯示，水壓實時曲線的顯示，每根鋼管對應的保壓段數據存儲，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組態軟件的設備驅動獲取后，對應的是0～10 000的數字量，對應現場實際水壓為0～30 MPa，數字量與實際水壓的關系式是：實際顯示水壓=數字量*0.003。

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

K=0.003

水壓2=水壓1*K

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

2.2 水壓實時曲線功能的實現

水壓實時曲線是對實際水壓值變量水壓2進行連續周期性采集，形成一個實時的水壓變化曲線。實現此功能的方法是：在MCGS軟件實時曲線組態窗口內，添加實時曲線構件，為該構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的通道連接設置界面

圖3 實際水壓2界面顯示及通道連接設置界面

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

此部分設計還需在MCGS組態軟件的循環策略窗口添加數據轉換作用的程序語句：

試壓值=水壓2

水壓上限=試壓值+0.5

圖4 實時曲線構件軟件設置界面

2.3 壓水試管數據存儲功能的實現

該部分設計的目的是將每根鋼管對應的數據以微軟ACCESS數據庫的MDB文件存儲起來。

具體實現過程：①由于MCGS軟件的數據存儲都是通過對數據組對象進行操作的，故先建立一個存盤數據組1，將需要存儲的壓水試管數據對象內置于該數組1內（包括管號、管材質、管長、班次、保壓值、保壓時間、日期、質量評價）；②在已組態好的參數輸入界面內置一個數據存儲開始按鈕（該按鈕有一個開啟數據組1存儲功能的腳本程序開關），在質量評價窗口內置一個關閉數據存儲按鈕（該按鈕有一個關閉數據組1功能的腳本程序開關），這樣就可以實現壓水試管數據的存儲，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閉時刻，節省硬盤空間；③將存盤數據組1與存盤數據庫MDB文件之間進行軟件轉移。

壓水試管數據存儲功能的實現邏輯如5所示，其中存盤數據組1的軟件設置界面如圖6所示。

數據存盤控制SCRIPT程序如下（開關1為存盤開始觸發按鈕，開關3為存盤關閉按鈕）：

IF開關1=1 THEN

!EnableDataSave（存盤數據組 1，1）

!SaveData（存盤數據組 1）

endif

if開關3=1 then

!EnableDataSave（存盤數據組 1，0）

該部分設計中，還涉及到存盤數據組1轉移至存盤數據庫MDB文件的設置，這需要在MCGS中建立用戶策略，這里取名為“運行數據歸檔”，使用存盤數據拷貝構件。存盤數據組1與微軟件MDB文件關聯界面如圖7所示。

圖5 壓水試管數據存儲功能的實現邏輯

圖6 存盤數據組1的軟件設置界面

圖7 存盤數據組1與微軟MDB文件關聯界面

2.4 水壓歷史曲線查詢功能實現

這部分軟件設計的目的是：在上位機界面上設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，就可調出水壓試驗過的鋼管的保壓段曲線。

具體實現步驟：通過將MCGS數據庫文件關聯至微軟公司開發的ACCESS2003數據庫中，再將ACCESS數據庫鏈接至自建的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能執行的外部文件。這樣就能在歷史曲線窗口，通過調用這個外部可執行文件來查詢歷史曲線。每查詢一次，就調用一次VB生成的外部文件。

水壓歷史曲線查詢功能實現原理如圖8所示。

圖8 水壓歷史曲線查詢功能實現原理

該部分設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的軟件主界面如圖9所示。

3 結 語

基于研華硬件采集卡的水壓信號采集，以及基于MCGS工業組態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據存儲的鋼管水壓試驗水壓采集、顯示及曲線形成系統，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。對鋼管行業來說，鋼管水壓試驗機的水壓曲線系統可以借鑒上述方法，有一定的推廣應用價值。

圖9 水壓采集、顯示及曲線形成系統的軟件主界面

［1］張元林.MCGS全中文工控組態軟件用戶指南［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］衛凌云，劉繼高，杜學斌.我國首條雙頭高壓水壓試驗機生產線的研制［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的研制［J］.鋼管，2011，40（2）：54-56.

［5］郭清華.研華PCL-818L數據采集卡在染色機監控系統中的應用［J］.工業控制計算機，2006，19（7）：27-28.

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

［7］黃法春.PPI協議在焊接鋼管水壓試驗機數據采集系統中的應用［J］.鋼管，2007，36（3）：47-51.