基于LabVIEW開發(fā)的氣密性測試設備控制系統(tǒng)設計

曹小金

（深圳市沃爾核材股份有限公司，廣東深圳，518118）

0 引言

良好的氣密性可以使產(chǎn)品具有更好的防水、防塵性能。因此，產(chǎn)品的氣密性測試，顯得相當必要。然而現(xiàn)有技術中，在采用壓力表法時，需要在產(chǎn)品表面預留注氣孔，所述預留注氣孔的后續(xù)封堵增加了漏氣風險，而且壓力表法不利于對每一個產(chǎn)品的氣密性進行準確的估判，也無法實現(xiàn)氣密性測試的量化。

隨著設備柔性的不斷提高和智能制造的不斷發(fā)展，對軟件系統(tǒng)的算法和人機交互界面的編程要求越來越高，不但需要軟件功能的準確實現(xiàn)，還追求軟件系統(tǒng)的開發(fā)效率，即要求所用的軟件開發(fā)平臺操作簡單，易于編程，此外在氣密性設備行業(yè)中，通常使用普通的HMI觸摸屏，功能有限，不適合數(shù)據(jù)采集較為復雜、存儲數(shù)據(jù)要求比較高的場合，而LabVIEW采用新型的數(shù)據(jù)流創(chuàng)新編程方式，滿足復雜數(shù)據(jù)采集、存儲的同時，還縮短了開發(fā)時間[1]。

1 LabVIEW軟件簡介

LabVIEW屬于用圖符代替復雜文本編程語言，創(chuàng)建應用程序的圖形化編程方式。常規(guī)文本編程語言是根據(jù)不同的語句、指令的各種規(guī)則順序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用一種新型的數(shù)據(jù)流創(chuàng)建編程方式，程序框圖中各自定義的節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向分支決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行規(guī)則和順序[2]。VI可以理解為是不同的虛擬儀器，屬于 LabVIEW 的程序模塊。

該軟件內(nèi)部提供很多外觀與常規(guī)儀器類似的外形和功能的控件，可以非常方便地創(chuàng)建操作界面。操作界面在LabVIEW 中被定義為前面板。使用圖符和節(jié)點線，可以通過圖符編程對前面板上的控件對象進行控制。這種編程方式產(chǎn)生的就是圖形化源代碼，或者可以稱之為程序框圖代碼。

LabVIEW多應用與數(shù)據(jù)采集和儀器控制等場合。LabVIEW 集成了多種功能，包含滿足 GPIO、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件、數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了豐富的函數(shù)庫，包含TCP/IP、ActiveX的庫函數(shù)。在實際使用中，他的功能強大且非常靈活。利用它可以方便快捷地建立自己獨有的專業(yè)的虛擬儀器，特別是圖形化的界面，利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，編程及使用過程都生動有趣[3]。

利用LabVIEW，能夠快速的產(chǎn)生可獨立運行的exe文件,它是一個的32位/64位編譯器。LabVIEW的應用領域比較廣泛，包括測試領域、工業(yè)數(shù)據(jù)采集領域[4]。

2 方案設計

■2.1 整體方案

氣密性設備采用的工作原理是高壓供氣系統(tǒng)將控制壓力穩(wěn)定的壓縮空氣注入到試驗管路中，然后通過上位機控制關斷高壓氣源，電磁閥按照上位機的要求準確控制氣流平衡，再關斷另一端的平衡電磁閥，氣密性檢測通過被試件與標準件同一氣路相連接的精密壓差傳感器，在設定的驗證時間內(nèi)（本例中一般為30分鐘）試件與標準件的壓差值,安裝產(chǎn)品要求的標準，這個壓差值在范圍之內(nèi)，即可判定為產(chǎn)品合格。

氣密性測試設備控制系統(tǒng)主要有兩大部分，如圖1所示，PLC控制部分和人機交互部分。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

PLC控制部分是整個系統(tǒng)中功能實現(xiàn)的部分，主要負責給待測管件提供氣壓，即管控氣源的開關；采集被測管件的實時氣壓；提供定時器，為被測管件的保壓時間提供基準。PLC在采集被測管件實時氣壓的同時，與標準氣壓進行比對，只要在保壓時間內(nèi)實時氣壓不低于標準氣壓則判斷被測管件的為合格產(chǎn)品，否則則認為是不合格產(chǎn)品。PLC在進行氣密性測試的過程中需要與人機交互界面進行實時數(shù)據(jù)交換。上述提到的氣源開關閉合與斷開信號、實時的氣壓數(shù)據(jù)、測試結(jié)果和測試時間等都需要與人機交互界面交換。PLC與人機交換界面之間通過一根網(wǎng)線進行連接，數(shù)據(jù)通過TCP/IP協(xié)議進行傳輸。

人機交互界面由LabVIEW編程而成，負責與PLC通信、數(shù)據(jù)顯示、操作引導和操作輸入等。界面的主要功能包括波形圖顯示、報警顯示、報表輸出保存、報表打印、功能及信息輸入等。

■2.2 人機交互架構(gòu)設計

針對目前氣密性測試設備中應用的程序，利用LabVIEW軟件，提供一個能夠更加簡單方便的操控氣密性測試設備的程序。氣密性測試設備需要實現(xiàn)人機交互、與下位機交換數(shù)據(jù)，完成從人到PLC及PLC到人的信息傳遞。

上位機程序部分主要功能設計如下：

數(shù)據(jù)交換：從下位機PLC采集相關過程數(shù)據(jù)，如實時壓力值，以及上位機向下位機傳達的信號，如氣源開關信號，通過TCP/IP實時實現(xiàn)上位機與下位機的通訊。

波形圖顯示：根據(jù)時間、壓力的值實時顯示波形曲線圖，使用者可以很直觀的看見壓力數(shù)據(jù)的變化。

報表輸出：根據(jù)Excel報表模板，通過鏈接書簽功能，把模板里需要填入的數(shù)據(jù)輸出到模板，并生成Excel文檔。

報表打印：在界面上設有調(diào)用打印機功能，可以將報表等打印成紙質(zhì)資料或者打印為PDF格式的文檔資料保存。

文檔輸入：支持ini或txt文件讀取、寫入功能，不同使用者在面板上的設置，都要存儲在配置文件里，不同成品或使用者的參數(shù)可以立即調(diào)出，每次電腦開機也能夠自動調(diào)出上次的參數(shù)設置。

數(shù)據(jù)存儲：所有的數(shù)據(jù)存儲在本地電腦的數(shù)據(jù)庫中，由于是試驗設備，根據(jù)客戶的需求，所有歷史數(shù)據(jù)存儲在本地Access數(shù)據(jù)庫里。

3 具體實施

■3.1 算法流程

算法流程即為按下開始鍵，系統(tǒng)開始往被測試管路中加入氣壓，然后判斷氣壓是否到達了額定值，如果到達了則關斷供氣并進行保壓，如果沒有到達額定氣壓則繼續(xù)加入氣壓，知道氣壓打到額定氣壓為止，經(jīng)過保壓一段時間之后判斷氣壓是否在標準的范圍內(nèi)，如果是在標準的范圍之內(nèi)則鑒定為合格，若果不在標準范圍之內(nèi)則鑒定為不合格，到此一次運行流程結(jié)束，具體如圖2所示。

圖2 算法流程圖

■3.2 人機交互界面功能實現(xiàn)

LabVIEW主界面如圖3所示。本設計方案利用與PLC連接，控制氣密性檢測設備進行氣密性檢測。

程序由通訊鏈接部分、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、面板曲線表處理、數(shù)據(jù)存儲處理、報表鏈接、報表輸出等組成

當系統(tǒng)連續(xù)運行時，首端壓力表與末端壓力表可以實時查看氣密性測試設備中整體的氣體壓力，便于操作人員實時了解。其中寫整數(shù)、讀整數(shù)、寫浮點數(shù)、讀浮點數(shù)對應的每一排可從面板根據(jù)Q0.0-Q0.7、M01.0-M1.7布爾是否點亮來查看通斷。M0.0-M0.7也可以進行手動點亮。

如果該布爾為點亮狀態(tài)，則軟件與氣密性設備可以進行通訊，如果沒有點亮，則需要檢查設備與軟件之間的通訊。

檢測系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)記錄的功能，點擊記錄按鈕，可以彈出兩個圖表，如圖3所示為被測件壓力曲線圖，此圖中記錄被測試件的壓力隨時間變化的變化曲線，可以直觀地顯示被測件管內(nèi)的氣壓波動，從而間接地展示出被測件的氣密性。

圖3 LabVIEW主界面

圖4是壓力曲線圖對應的檢測記錄表，表中可以記錄檢測機構(gòu)、檢測部門、報告編號、檢測日期、產(chǎn)品型號、產(chǎn)品規(guī)格、檢驗員、審核員、檢測設備、檢測標準、保壓壓力、保壓時間等參數(shù)。

在實際操作過程中，操作人員需要結(jié)合被測管件的技術要求來進行操作，技術要求如表所示。對壓力曲線表的一些參數(shù)進行編輯輸入，例如：檢測機構(gòu)輸入上海長遠電子材料有限公司，檢測部門輸入質(zhì)量部，報告編號和檢測日期不需要輸入，系統(tǒng)會自動生成，產(chǎn)品型號和產(chǎn)品規(guī)格都要輸入對應的型號和規(guī)格，另外還需要輸入檢驗員和檢查員的名字，檢測設備和檢測標準可輸入也可不輸入，保壓壓力和保壓時間都需要進行設置，完成上述操作后，生成壓力曲線表時就會生成如圖4所示的圖表。

表1 技術要求

圖4 檢測報告相關參數(shù)

其中表格中壓力曲線Y軸取值范圍設計為可調(diào)整的方式，可以根據(jù)產(chǎn)品的實際需求來調(diào)整其范圍，不同量程的監(jiān)視，數(shù)值表示在壓力曲線圖表中顯示的壓力的最大值。

Excel表格里面的檢測機構(gòu)、檢測部門、報告編號、檢測日期、產(chǎn)品型號、產(chǎn)品規(guī)格、檢驗員、審核員、檢測設備、檢測標準、保壓壓力、保壓時間等參數(shù)都可以在LabVIEW主界面中設置。

4 結(jié)論

LabVIEW應用在檢測設備中有編程快捷、面板美觀等較大優(yōu)勢，可以快速的針對不同的項目應用，而且調(diào)試簡單。在互聯(lián)網(wǎng)上也有很多典型應用供設計者參考。

設備的過程控制可以交給PLC來處理。LabVIEW與PLC進行數(shù)據(jù)交互，可以更好進行數(shù)據(jù)處理、報表處理、數(shù)據(jù)存儲等。這種LabVIEW與PLC結(jié)合的方法在實際應用非常多而且也是非常常規(guī)的應用。

LabVIEW在氣密性設備中的應用實現(xiàn)開發(fā)周期短，人機交互內(nèi)容功能強大，并且滿足數(shù)據(jù)采集與處理，同時可以更好的服務生產(chǎn)和檢測，提高產(chǎn)品質(zhì)量，檢測結(jié)果更加精確；操作比較簡單，測試過程快捷高效。