基于組態王的空調室外機全自動化檢測系統設計

石　煒，包亞萍，童國道，傅　兵

(南京工業大學 計算機科學與技術學院，南京　211800)

?

基于組態王的空調室外機全自動化檢測系統設計

石煒，包亞萍，童國道，傅兵

(南京工業大學 計算機科學與技術學院，南京211800)

為加快空調生產線上檢測工位的生產速率，提高整條生產線的生產效率。以組態王與空調檢測的生產模式為研究對象，提出了一種更加智能化，人性化的檢測系統。該系統在不改變原生產工藝與要求的前提下，通過優化上位機自動下發與存儲功能，并增加自動診斷報警功能，將檢測工位的空調平均生產耗時減少到10s，從而提高了整條檢測線的智能化水平，繼而向“智能工廠”的目標邁出了重要一步。

組態王；監測軟件；上位機；空調檢測

0　引言

隨著人們生活水平的提高，以及對生活的高質量追求和對空調選擇的差異，造成了空調生產企業由單一訂單、同一機型、小規模制造向多訂單、多機型、大規模、零庫存的生產模式的轉變。這促使空調生產企業對空調出廠性能提出了更高的要求。另一方面，德國的工業4.0為全球制造業描繪出了第四次工業革命的宏偉藍圖。而實施工業4.0的核心問題之一就是構建智慧工廠的生產線，通過大幅提高生產效率，將生產線的精益化水平推向新高峰。

空調生產線分為上線工位、出廠性能檢測工位、下線工位等13個工位，其中出廠性能檢測工位是整個生產線中最復雜但又最重要的一個環節，掌握著空調出廠前最后一道關卡，直接決定出廠空調的工作性能。在測試環節，測試臺需要在制熱和制冷等多個步驟下對空調外機的出風溫度、溫差、電流等多種參數進行測試。由于檢測參數的眾多，導致空調檢測工位成為整條生產線上最慢的工位，直接決定整條生產線的生產節奏。所以提高該工位的生產速率顯得尤為重要。

傳統外機的檢測模式是，由人工控制外機的運行。檢測采用定工位的方法，當室外機運行至安裝在固定位置的檢測設備時，被獲取該性能參數。這種檢測方法的特點是設備簡單、成本低廉但存在許多缺陷。首先，定工位檢測具有不合理性。其次，定工位檢測所獲取的信息不夠完備。定工位檢測只能獲取某個時刻的數據，卻無法記錄時歷信息，而且有些數據無法檢測。在汽車自動檢測線上出現過數個工位同時進行性能檢測的方式[1]，雖然這種方法解決了上述定工位方法的某些缺點，但是此方法生產速度過于緩慢，并且上位機軟件也不能適應空調的生產模式，無法適應如今大訂單的生產要求。

隨著生產規模的不斷擴大、空調種類的推陳出新、空調制造企業對生產工藝不斷改進以及對出廠空調質量的精益求精，傳統的室外機性能測試方式已經不能滿足現在多元化機型的生產需求。分析了傳統的空調室外機檢測方式的各種技術特點，經過長時間的生產實踐和科學規劃，現運用一種基于組態王的空調室外機智能化檢測系統，能夠有效地提高了生產線的診斷能力與產能。

1　新型智能化檢測系統設計

該生產線測試房中一共有32個測試臺工位，左線與右線各16個工位，生產中有32臺空調室外機同時在進行出廠性能測試[3]。整個檢測房程序按結構可分為三個層次：上位機監視層、觸摸屏控制層、PLC執行層。上位機監視層是指空調測試信息采集的可視化界面以及對測試房工作狀態的監控。觸摸屏控制層主要是通過觸摸屏上的按鈕對測試臺進行操作。PLC執行層是通過預設的程序及上位機發送給觸摸屏的標準參數實現對待出廠室外機的性能檢測過程。

現場使用以太網與現場總線相結合的方式，以太網以其開放性與兼容性，費用低廉，通信速率高，便于拓展，并易于Internet連接的特點，能夠從各個工位獲取數據集中管理，使得“智能工廠”的共享度提高到新層次。現場系統結構[4]如圖1所示。

圖1　測試房系統結構

1.1測試臺端設計

測試臺系統硬件設備主要包括：MCGS觸摸屏、激光條碼掃描槍、一組PLC和多個性能檢測裝置組成。

圖2　測試臺檢測流程

空調條碼是空調外機的唯一身份，所有需要記錄的數據，例如上線時間、下線時間、焊接時間等都需要與條碼一一匹配[5]。上位機獲取到空調條碼后把待測室外機的標準參數下發給測試臺觸摸屏，觸摸屏與PLC通過這些標準參數啟動該室外機的測試程序。測試臺流程如圖2所示。

具體步驟為：

(1) 待放置室外機的工裝板到達測試臺位置，金屬探測器檢測到工裝板到位，觸發PLC執行測試程序。

(2) 測試臺觸發掃描槍掃描條碼，并給上位機發狀態位“1”，通知上位機已掃到條碼等待讀取。

(3) 等上位機下發標準參數，并開始3個步驟的測試。

(4) 自動判斷測試是否合格，不合格報警[6]，并通知上位機存測試結果。

(5) 出料。

1.2上位機端設計

檢測系統上位機軟件運用的是我國現在很流行的kingview工業控制組態軟件[7]。它的編程方式類C編程語言的方式，便于對C熟悉的工程人員直接使用，具有易開發、可擴展、高可靠性等優點[8]。Kingview運用的是類似面向結構的軟件設計方法，其運用模塊化設計及并行設計的思路將整個測試房系統分為32個相對獨立的模塊，使各個模塊處于獨立的線程，互不干擾。這樣有利于查找各模塊的問題所在，大大縮短了開發時間，利于維護。

1.2.1主檢測模塊

主檢測模塊通過微軟公司提供的ODBC(OpenDatabaseConnectivity)數據接口[9]與SQLSEVER實現連接。ODBC技術的主要特點：它是一種使用SQL語言的程序設計接口，因而具有更廣泛的通用性。它在使用過程中免去了潛在數據庫的技術細節以及軟件所需要的存取目標數據的通信問題。

主模塊還提供了監測32個測試臺運行狀態的功能，當測試臺正常工作時，指示燈顯示為綠色，異常時為灰色。如圖3所示，14和23工位測試臺顯示異常，其他工位正常工作。免去了工作人員逐個查看測試臺工作狀態的麻煩，便于工作人員直觀地掌握測試房的整體狀態。

圖3　測試臺狀態監控

當掃描槍發生異常，需要手動下發參數至指定測試臺時，選中下發參數記錄，勾選指定測試臺工位，點擊“選定發布”按鈕即可，如圖4所示。此畫面還有增加、修改和刪除參數記錄的功能。

圖4　手動發布參數

1.2.2子檢測模塊

整個檢測房程序分為32個子檢測模塊，每個模塊通過測試臺狀態位來獲取此時上位機需要執行的命令：

0：測試過程重置，上位機給測試臺標志置0；

1：測試臺空調外機到位，已掃到空調條碼，等待上位機讀取空調條碼，同時檢索并下發對應標準參數，下完完畢給測試臺標志置1；

2：空；

3：空；

4：測試臺室外機測試報警或完畢，等待上位機讀取測試結果，存儲完畢給測試臺標志置4；

當測試臺狀態變量變為1時，上位機主動讀取空調條碼變量。由于空調條碼中包含機型編碼、物料編碼、生產日期和空調具體編號等信息。上位機通過ODBC數據接口自動連接數據庫，根據空調條碼前9位判斷出機型編碼，并據此檢索測試機型具體標準參數，完成自動下發標準參數過程。

檢測程序要利用條碼自動提取標準參數，首要任務是條碼的采集和清晰的工作流程。設計的工作流程如圖5所示。

檢測時，當工裝板通過皮帶運送至測試臺時，金屬探測器檢測到工裝板上的金屬片，即觸發掃描槍掃描放置在工裝板固定位置的空調條碼。同時通知上位機已掃到條碼，等待上位機讀取條碼并下發標準參數。當上位機讀取到新條碼，自動連接數據庫，根據機型編碼把兩表中的信息讀取到相應的變量中，然后下發至對應的測試臺以完成測試臺準備工作。在很大程度上減少了檢測人員的勞動量，大幅提高了工廠的生產效率。

該企業室外機由數十種不同機型組成，系統首先在數據庫中建立“測試房”表來存儲待測室外機的機型編碼、電源輸入等基本信息，同時有另一個步驟參數表存儲待測機型的詳細標準參數。由于經常有新機型研發出來，工作人員將新機型的標準參數通過增加記錄功能錄入數據庫。

檢測過程一般分為三個階段：制熱、制冷和停機。在測試過程中，測試臺會實時讀取運行中室外機的各項數據，并顯示在觸摸屏上。在任何一個階段內，當PLC檢測到某一項數據超出標準參數上下限時，會立刻發出報警并通知監測系統存儲錯誤測試結果并分析報警原因[10]，原因存入返修表中，從而完成自動診斷功能。

1.3主要特點

與國內以往的空調生產線相比，本系統具有易維護、使用方便、易于擴展、功能齊全、更智能化等特點，主要表現在：

實現了全自動檢測功能。系統能夠自動讀取空調條碼，檢索對應的標準參數并自動下發到測試臺，進一步實現黑燈化的控制與檢測。

良好的生產監視功能。當日生產空調的訂單號，機型，合格信息全部顯示在本系統的監控畫面。有利于生產線員工快速了解整個檢測房的生產狀態。

手動與自動切換功能。在測試臺掃描槍發生故障時，無法讀取到空調條碼，從而檢索不到標準參數。員工可在上位機選擇手動下發檢測參數功能，快速完成自動檢測，不影響生產線的正常運行。

自動診斷報警功能。該系統不僅可以自動存儲測試結果，而且能夠自動診斷測試臺報警原因，將原因存入數據庫。在測試房返修工位，工作人員掃描待修空調條碼，可自動調取數據庫中該室外機的報警原因，無需員工再去查找空調問題所在，有利于返修員工加快空調返修速度，提高生產線生產效率。

2　界面設計與生產分析

生產中，工作人員需要隨時查看檢測房的生產狀態，如圖6所示，在30號測試臺的條碼為AA1P5406T20EEF7G1413的空調室外機測試結果為不合格。點擊記錄，下方顯示出本臺機器的具體測試結果與標準參數的對照表，不在標準參數范圍內的異常測試結果顯示為紅色字體。

通過對圖6中生產空調測試時間的分析，在159s內測試了17臺空調，平均每臺空調測試耗時控制在10s以內，速度較傳統的生產模式大幅提高。本系統的運用不僅節省了大量的勞動力，大大加快了生產速度，并且還人性化地增加了測試不合格自動診斷功能。當測試結果為不合格時，上位機把異常原因存入數據庫中，如圖7所示。工作人員在返修工位掃描此臺返修室外機條碼，可直接調取異常原因顯示在返修工位MCGS觸摸屏上。

圖6　生產狀態顯示

圖7　異常原因

3　結束語

本文針對大型空調生產企業未來大訂單和混合機型的生產模式，介紹了一種基于組態王的自動化檢測線上位機監測系統，這種新型監測系統通過優化上位機自動下發與存儲功能，改進報表系統，并增加自動診斷報警功能，解決了傳統生產線檢測工位生產過慢的問題，不僅加快了生產節奏，減少了人力成本，而且能夠滿足了工廠大批量、多樣化、定制化的柔性生產需

求。目前該系統已成功運用于某大型電器生產企業的空調生產線，生產情況良好，生產指標達到企業技術要求。生產結果表明該系統控制下的室外機檢測線生產速度可以達到10秒/臺以內，比傳統模式檢測有較大幅度提升，從而提高了整條生產線的智能化水平，繼而向工業4.0的目標更近一步。

[1] 梁勇,馬興平.汽車自動檢測線計算機控制系統的研究[J].實驗技術與管理,2013,30(9):107-110,121.

[2] 嚴榮智.基于ARM9的空調自動化檢測系統[D].廣州:華南理工大學,2012.

[3] 覃家仁,劉漢平.汽車生產線柔性化改造[J].裝備制造技術,2013(11):198-197.

[4] 劉景華,王辛杰,吳則舉.基于組態王的數據采集監控系統[J].青島理工大學學報,2008,29(4):105-108.

[5] 陸遠,胡瑩,夏芳臣.面向汽車混線生產的柔性生產數據采集系統[J].制造技術與機床,2010(5):31-33.

[6] 靳亞銘,劉振娟,李宏光.空調設備自動檢測計算機專家控制系統[J].儀器儀表學報,2006,27(10):1354-1357.

[7] 潘高峰,謝勇,薛軍.基于組態王的標校遠程監控系統軟件設計[J].電訊技術,2011,51(12):83-86.

[8] 王曉偉,寧曉光,朱學軍.基于組態王的立體鋼樣倉庫控制系統設計[J].組合機床與自動化加工技術,2013(5):80-83.

[9] 馬耀華,柏文陽,徐潔磐.數據庫網絡訪問接口安全ODBC的設計與實現[J].計算機工程,2003,29(2):171-173.

[10] 郭輝,袁旭東,熊永福.實時故障診斷專家系統在空調中的應用[J].電氣傳動自動化,2004,26(3):41-43,62.

(編輯李秀敏)

ASystemDesignofAirConditioningAutomatedDetectionSystemBasedonKingview

SHIWei,BAOYa-ping,TONGGuo-dao,FUBing

(SchoolofComputerScienceandTechnology，NanjingTechUniversity,Nanjing211800,China)

Inordertospeeduptheproductionrateofairconditioningautomateddetectionandimprovetheproductionefficiencyofthewholeproductionline.Thispapermainlytalksaboutkingviewandtheproductionmodeofairconditioningautomateddetectionandpresentsamoreintelligentandhumandetectionsystem.Withoutchangingtheoriginalproductionprocessandrequirements,thissystemcanreducestheairconditioningaveragedetectiontimeconsumingto10seconds,improvestheintelligentlevelofthewholeproductionlineandmakesanimportantsteptotheSmartfactorybyoptimizingautomaticallyissuedandstoragefunctionandincreasingtheautomaticdiagnosticalarmfunction.

kingview;monitoringsoftware;hostcomputer;airconditioningdetection

1001-2265(2016)08-0089-04DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.08.025

2015-08-14；

2015-09-02

石煒(1991—)，男，江蘇南通人，南京工業大學碩士研究生，研究方向為工業自動化與信息化，(E-mail)ntsw8080@163.com；

包亞萍(1965—)，女，南京人，南京工業大學教授，碩士研究生導師，研究方向為工業智能控制系統。

TH122;TG506

A