基于組態王的磨合頂鎖試驗臺監控系統的設計與實現

劉海洋李 美

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

0 引言

磨合頂鎖試驗臺為裝備修理企業常用的試驗設備，其通過油液交替供壓來實現被試產品的往復磨合等功能。目前，該類型的試驗設備多為傳統半自動化或純手動控制設備，在整個試驗過程中操作步驟煩瑣，且易出錯，容易對產品造成損害，導致生產效率低下，勢必會影響企業的生產經濟效益。此外，在產品試驗過程中，數據記錄取樣有限，不能很好地對試驗過程進行有效分析，最終影響產品性能的優化提升。

組態王軟件［1］是一種通用的工業監控軟件，其具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟效益好、開發周期短等優點。組態王軟件系統可分為控制層、監控層、管理層。其中，監控層對下連接控制層，對上連接管理層，在對生產過程進行實時監測與控制的同時，完成上傳下達和組態開發的功能。尤其是要考慮畫面、數據、動畫等問題。通過對監控系統的要求和要實現的功能進行分析，采用組態王軟件對監控系統進行設計。組態王軟件可提供可視化監控畫面，便于對現場實時監控，且其能充分利用Windows的圖形編輯功能，從而構成監控畫面，并以動畫的方式來顯示控制設備的狀態，其具有報警窗口、實時趨勢曲線等，還能生成各種報表。組態王軟件還具有豐富的設備驅動程序、靈活的組態方式和數據鏈接功能。

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，其結構緊湊、擴展性強、指令功能強大、控制穩定性及可靠性高，同時價格較為低廉，成為小型控制工程的首選控制器。

本研究基于組態王工業控制技術對磨合頂鎖試驗臺監控系統進行設計［2］，硬件控制底層采用S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC［3-5］對試驗臺運行進行設計，上位機主控部分采用組態王工業控制技術對監控系統進行設計。本系統可實現試驗臺的全自動化運行，通過人機交互畫面可實現對設備運行狀態的實時監控，且組態王具有數據記錄功能，可對試驗臺運行參數進行實時精確的記錄與存儲，促進企業生產效率的提高，最大化提升企業的經濟效益。

1 監控系統總體設計

磨合頂鎖試驗臺上位機采用亞控Kingview 6.60（64點）組態王軟件控制技術對上位機畫面的組態進行監控，通過RS232串行通信來實現上位機（主控計算機）與下位機（可編程控制器）之間的數據快速傳輸。在Kingview 6.60軟件中，通過添加S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC可編程控制器設備，來完成S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC與Kingv-iew 6.60軟件的網絡鏈接，通過Kingview 6.60軟件來建立與PLC控制相對應的數據變量，可實現下位機開關量、數據參數到上位機的映射，從而實現試驗臺的監控功能。上位機的另一個重要功能就是對可編程控制器采集到的系統壓力、加載載荷、油箱溫度、氣源壓力等數據進行實時在線記錄與存儲。被試驗產品在試驗過程中，當系統壓力達到某一值時，在某一時間段（10 min）內及2個換向閥左右通段時間（1 min）內的實時數據記錄量過大，采用微軟ACCESS數據庫，按照被試驗產品的型號、試驗人工號、試驗日期對系統壓力、加載載荷、油箱溫度、氣源壓力等數據進行在線記錄存儲。通過調用Kingview軟件庫函數及編寫功能腳本語言，可建立Kingview軟件與ACCESS數據庫的網絡鏈接，進而實現數據的在線記錄與存儲功能。系統的整體設計框架如圖1所示。

圖1 系統框架圖

對不同型號的試驗產品用單選按鈕控件來進行區分，即在進行后臺數據記錄時，通過單選按鈕控件來選擇所要進行試驗的產品，并將相關數據錄入后臺數據記錄表格中，從而實現按產品型號區分后臺數據記錄。磨合頂鎖試驗臺監控系統設計邏輯如圖2所示。

圖2 監控系統設計邏輯

2 網絡數據鏈接設計

2.1 創建通信網絡

通信網絡是磨合頂鎖試驗臺上位機監控與下位機控制的橋梁，選用的通信類型是由下位機（控制器）所支持的通信網絡方式來決定的，常見的有串口通信、以太網通信等，本研究選用下位機串口通信（RS232）方式進行整體設計。首先，通過USB轉RS232串口連接電纜，將安裝有組態王軟件的計算機與S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC進行物理連接；其次，在進入組態王軟件運行環境后，創建項目工程，從而進入項目工程開發界面；最后，在“設備”菜單欄中選擇S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC與計算機連接的COM端口，通常可在計算機設備管理中查詢到S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC與計算機連接的端口。此時，要對串口通信的關鍵參數進行配置（波特率設置為9 600、數據位設置為8位、奇偶校驗設置為偶校驗、停止位設置為1位、通信方式設置為RS232）。串口參數配置示例如圖3所示。

圖3 串口參數設置

在完成串口通信網絡參數配置后，在所用COM口下新建的“S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC”設備中，使用組態王軟件的配置向導功能即可完成本次鏈接設備的資源添加。

2.2 定義數據變量

在組態王軟件中，變量的集合被稱為“數據詞典”。數據詞典記錄了用戶可使用的所有數據變量的詳細信息，其位于組態王工程瀏覽器“數據庫”項的下拉列表中。將應用工程中定義的變量及系統變量存放于數據詞典中。變量可分為基本類型和特殊類型，基本類型變量按照數據類型可分為離散型、實型、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。

在通信網絡設計中，新建的“S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC”設備在完成資源添加后，組態王完成其與下位機S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC［6］之間的通信設置。此時，要在組態王項目工程菜單選項欄“數據庫”中建立上下位機數據鏈接變量，具體設計步驟如下。根據磨合頂鎖試驗臺的功能對功能變量進行梳理，即梳理出數字量輸入（按鈕開關）數量、數字量輸出（指示燈）數量、模擬量輸入（可調電位計）數量及模擬量輸出（壓力、流量等）數量，同時確定模擬器量輸入輸出對應的數據類型（整型、浮點型等）。

選擇所建項目工程菜單選項欄“數據庫”中的“數據詞典”選項，進入變量編輯欄，通過“新建”功能來定義2.1中梳理出的磨合頂鎖試驗臺變量，并在新建變量編輯欄中選擇“S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC”設備，即可完成變量的網絡鏈接。

2.3 創建記錄體與表格模板

使用磨合頂鎖試驗臺進行試驗時，要對系統壓力、氣源壓力等參數進行記錄與存儲，方便后期查詢。此時，要對系統程序進行設計，使其能夠對試驗數據進行實時記錄。在對試驗參數進行記錄前，先要確定數據的記錄格式，通常會以日期、時間、試驗人、試驗參數的格式進行記錄存儲。試驗記錄格式通過“記錄體”和“表格模板”進行定義，在SQL訪問管理器中創建“記錄體bind1”和“表格模板table”，如圖4所示。

圖4 創建記錄體、表格模板

2.4 數據記錄

在完成記錄體與表格模板創建后，系統會將數據默認為表格模板中定義的格式進行存儲。通常情況下，在進行試驗時，當試驗參數達到工藝規定值時，通過外部施加一觸發信號，系統開始進入后臺自動實時記錄。可通過編寫命令語言來實現對后臺數據的自動記錄。考慮到試驗過程中記錄的數據量大的特點，本研究采用ACCESS數據庫對試驗數據進行記錄存儲。首先，在PC端數據源（ODBC）中創建數據存儲的ACCESS數據庫、數據存儲表格；然后，在新建畫面“畫面屬性”中進入“命令語言”，進行腳本語言的編輯。腳本數據記錄命令語言如下。

SQLConnect（DeviceID，“dsn=mine；uid=；pwd=”）；//實現組態王軟件與所創建的“mine”數據庫之間的鏈接；

SQLCreateTable（DeviceID，“試驗記錄數據”，“table”）；//在“mine”數據庫中創建數據記錄表格“table“；

if（\本站點start_datewrite_led==1），

SQLInsert（DeviceID，“試 驗 記 錄 數 據”，“bind1”）；//當外部施加啟動記錄觸發信號時，此時系統開始對后臺數據進行自動記錄；

if（\本站點delete_datewrite_led==1），

SQLClearTable（DeviceID，“試驗記錄數據”）；//當需要對數據記錄表格“table”中的數據清空時，此時外部要施加一觸發信號，系統會自動對數據記錄表格中的數據進行清空。

2.5 創建下拉菜單

考慮到磨合頂鎖試驗臺的試驗產品具有多樣性的特點，設備在進行后臺試驗數據記錄時，會以產品類型分類的形式對試驗過程中的記錄試驗數據進行區分。在磨合頂鎖試驗臺監控系統的設計過程中，使用組態王軟件［7］中的“下拉菜單”控件進行設計，詳細設計流程如下。

首先將試驗產品種類進行文本編輯，以.csv格式進行保存；然后對“下拉菜單”控件進行重新配置，并關聯相關定義變量，在監控系統設計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桌面磨合頂鎖試驗臺組態磨合定鎖試驗臺新建工作表.csv”）；

最后對下拉組合框控件進行配置，從而實現對試驗產品的自主手動選擇。

在完成上述設計后，磨合頂鎖試驗臺投入運行時，試驗人可通過下拉控件來選擇所要試驗的產品，即可實現對后臺數據的分類記錄。

3 監控畫面設計

通過組態王軟件自帶的控件，在已建的項目工程畫面中添加磨合頂鎖試驗臺相關閥類開關、電源控制按鈕、參數顯示模塊等，即可完成對磨合頂鎖試驗臺的監控設計。所設計的磨合頂鎖試驗臺監控系統可對試驗過程中的各類參數進行監控、記錄和存儲。

4 系統實現與驗證

4.1 系統實現

磨合頂鎖試驗臺監控系統由數字顯示模塊、按鈕指示模塊、報警指示模塊、數據記錄模塊、產品/試驗人員加載模塊及系統開關機模塊組成。

數字顯示模塊可實時精準顯示出試驗臺在工作過程中的系統壓力、加載載荷、氣源壓力及流量，將下位機控制器采集處理后的數據傳輸至監控數字顯示模塊中，用戶能更直觀地觀察試驗數據，從而判斷試驗條件是否符合要求。

按鈕指示模塊由試驗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、蜂鳴器報警復位按鈕、換向閥開關按鈕和指示燈等。用戶通過控制按鈕來實現對試驗臺的控制，同時系統反饋的指示燈信號會在監控畫面上顯示。

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對措施。

數據記錄模塊主要用于產品試驗過程中對系統壓力、加載載荷、氣源壓力及流量數據的實時在線記錄，并將記錄數據存儲到ACCESS數據庫中，用戶可通過所建的ACCESS數據庫文件對試驗記錄數據進行查看。

產品/試驗人員加載模塊主要實現操作人員對試驗產品的手動選擇及操作人員姓名和工號的輸入，便于對后臺試驗數據進行記錄。

系統開關機模塊用于監控系統計算機關閉或監控軟件系統關閉。“系統關機”按鈕用于關閉監控系統計算機；“退出系統”按鈕可讓用戶退出監控系統軟件，并不關閉監控系統計算機。

4.2 試驗驗證

通過搭建磨合頂鎖控制系統軟硬件資源平臺，并結合磨合頂鎖液壓平臺產品試驗種類進行監控畫面的設計及試驗，監控系統畫面如圖5所示。經試驗驗證，本研究設計的磨合頂鎖監控系統能實現預期目標，滿足實際的工程需求，具有一定的實用價值。

圖5 監控系統畫面

5 結語

為滿足磨合頂鎖試驗臺試驗過程的具體要求，本研究對其監控系統進行設計，所設計的監控系統能對試驗過程中的狀態信息進行實時監控，便于人機交互。同時，系統可通過后臺自動運行實現對試驗數據參數的實時記錄存儲，便于后期的試驗數據查詢。該系統已應用于相關企業的數字化產線改造中，相關企業的生產效率得到明顯提高。