气密性检测设备组态软件的人机监控系统开发

2011-07-26潘赛虎段锁林高玉梅

自动化仪表 2011年12期

潘赛虎段锁林高玉梅

(常州大学信息科学与工程学院，江苏常州 213164)

0 引言

作为城市燃气输送的控制阀，其气密性的良好与否直接关系到人的生命和财产安全［1－2］。气密性检测是保证产品质量、生产安全的重要工序，在生产过程中的作用已受到广泛关注。气密性检测范围已经从以前的汽车制造业发展到现在的日用品行业［3－4］，其通常需要定量检测，而且要求快速、大量地在生产现场进行［5］。

本设计利用PLC与组态软件，基于平板电脑设计完成对阀门的气密性检测。该设计通过PLC编程实现对电机和电磁阀的控制;通过安装在机体上部的两台交流电机分别带动两侧丝杠转动，实现被检测阀门上升与下降。电机的运行速度通过变频器进行控制。采用组态王组态软件设计组态工程与PLC程序进行通信，实现对检测设备及检测现场的监控;由PLC获取检测的实时信号，实现对检测过程的实时监控;并通过摄像监控以及图像处理判断阀门的合格性。总之，整个检测过程实现了自动化。

1 检测系统的流程与设备

阀门检测的整体流程如图1所示。

图1 阀门检测整体流程图Fig.1 The overall flowchart of valve detection

本设计中要完成的气密性检测系统是基于PLC、组态软件和平板电脑设计完成的。在设计气密性检测的过程中，由电机带动被检测阀门的上下动作，即实现上下料操作。

电机的速度通过变频器进行控制。采用变频器控制可以有效地防止电机在启动过程中对周围电网的影响。电机利用变频器可以实现无级调速，满足了生产工艺过程中小车平台在不同工况下对电机调速控制的要求，以及检测过程中对平台运动的不同速度的要求。由气缸控制平台的前进与后退，而气缸的充气动作则由电磁阀进行控制。

为了实现检测过程的正确执行，系统通过PLC编程控制实现在适当的时间给予触发控制;为了实现各电磁阀动作控制，系统利用中间继电器进行触发。

2 组态软件监控系统的设计

2.1 组态设计整体构思

在本设计中，通过组态的设计需要实现对阀门气密性检测的监控;要求能够在平板电脑上经组态画面看到阀门气密性检测的实际过程，并能够实现对检测过程的控制，与PLC完成通信连接;同时，还必须完成与摄像监控部分的连接，以便在充水、充气检测时调用摄像监控画面，并通过图像处理进行阀门气密性合格的判断。

由于在实际的检测过程中对设备的操作完全由组态部分进行控制，且考虑到安全问题，需要在组态画面设置“急停”按钮，以便在出现故障时紧急停车。

在组态画面中设置画面时，为方便调试，将主要运行界面分为“全自动”和“手动”两个部分。在“全自动”状态下，只需由组态给PLC启动全自动运行的条件信号，便开始整个检测过程，而组态则通过PLC获取信号实时的现实检测过程;在“手动”状态下，则需要由组态给予PLC每步执行的信号才会进行相应的检测步骤。手动检测可用于检测的调试当中。

由于阀门种类繁多，每个阀门结构尺寸各不相同，因此，需要对各个检测的阀门进行相关数据记录，并与对应的检测结果进行联系保存结果。同时，为了保证责任到个人，还需对阀门的检测人员进行记录。

2.2 组态主监控画面的设计

在组态监控系统中，需要能够实现对检测现场的实时监控。因此，需要制作与现场对应的监控主界面。本文完成了监控主人机界面运行状态图的设计。

在主界面中，组态主监控界面的设计应体现气密性检测设备的整体风貌，并且该设计需要完成对相关连接设备的监控操作。本设计中采用不同的按钮来实现此功能。同时，可以通过动态的画面实现检测现场的实时监控，画面中各部分将与实际检测设备保持同步运行。

为方便管理，主界面还添加了日期和检测时间的显示功能。另外，添加了用户信息显示版块，以清晰地查看检测操作人员的身份及其所具有的控制优先级。此外，显示用户信息也与系统变量进行连接，与开发系统在用户配置时定义的用户信息相一致。

在组态监控系统中，设置新用户组为“操作人员”，并在其中定义用户“操作工”和“调试操作员”。其中，“操作工”可以进行一般的检测操控，但不能对半自动画面进行操作;设置“调试操作员”的安全区不仅可以进行一般的检测操作，而且可以对半自动画面进行操作。在定义用户时还要对用户设置各自的权限大小。在组态系统中，权限最高为999，最低为1。

同时，在定义用户配置时还需对组态各画面上的操作对象进行安全区设置。在本系统中，对运行主界面中的相关按钮设置安全区，并且为各按钮设置使用优先级，使得优先级低于设置优先级的用户不能随便进行操作，即使得用户未登录时不能进行任何操作。这样可以保证检测系统的安全正常运行。

由于主界面中在开发状态时设置了“启动”和“急停”按钮的安全区和优先级，所以用户未登录前“启动”和“急停”按钮为灰色，不能进行操作。为便于用户进行登录操作，在设计中采用添加使用LogOn()命令的按钮，在进入运行状态后按下此按钮便可弹出登入对话框。为使监控系统一旦进入运行状态便可使用此按钮，故将其放在主界面上。同时，为使整体的画面能够更美观，将此按钮设计为图画形式，如主界面上的时间显示模块前的笔形图案。

在主界面上设置的一系列调用按钮都有各自的作用:“阀门参数设置”用来记录各检测阀门的数据;“启动半自动”用来切换到手动运行状态并显示手动画面，在手动运行界面还可以进行各种操作，实现半自动调试;除了通过“启动半自动”按钮实现进入半自动检测画面外，还可以通过初始启动检测时出现的“运行方式选择”对话框选择进行手动检测。

在组态监控系统中，在对阀门进行检测的同时还需对所检测的阀门进行区别。为了更好地区分检测的阀门，需要对它们进行参数记录，并通过报表将其展示出来。本设计中将报表设计为实时报表和历史报表两大块。实时报表显示实时检测阀门的信息，而历史报表可以调出阀门检测的历史记录数据。本设计通过运行主界面上的“报表显示”调用报表显示画面，运行状态调出实时报表画面“实时报表”;“历史报表查询”按钮调用历史报表查询画面，运行状态调出历史报表画面“历史报表”。

2.3 组态王与数据库的连接

在组态设计过程中，还要实现报表功能。目前，组态王的报表数据统计功能仍具有一定的局限性，但将组态王的其他功能与报表功能相结合，就可以实现数据统计的功能［6］。

首先设计一个数据库，以将数据存放在该数据库报表中，并且在系统中添加数据源，将其连接到为保存数据所设置的数据库，同时，需在组态命令语言中添加启动命令“SQLConnect;”。在完成组态与数据库的连接后，可以通过组态系统提供的函数与数据库进行各种相关操作。

3 组态王与PLC的通信

在进行组态和PLC的程序联合调试之前，首先需要完成两者的通信。根据“组态王”通信驱动程序的要求，配置相应的电路结构，将主机与下位机相连。组态王通信通常是按RS-232或RS-432协议进行的，信息交换方式为字符串方式［7］。在本气密性检测系统中，采用S7-200的PPI编程电缆RS-232/485实现计算机与CPU模块的通信，并使用平板电脑的COM2口，在组态中设置通信参数，波特率为19200 bit/s，其他参数采用默认值。

4 组态王与图像处理软件的通信

本检测系统设备通过Delphi软件编程实现数字图像处理功能。Delphi编程软件是一个Windows独立应用程序。

为了实现在运行状态时能够通过组态监控系统调用摄像监控部分，使其能够进行拍照并做图像处理，实现组态王与独立的外部应用软件的数据交换，需要在组态中定义一个能够实现与组态软件外的独立设备进行通信的设备［8］。

组态过程中提供了动态数据交换(dynamic data exchange，DDE)、PLC、板卡、变频器、智能模块和智能仪表这些驱动设备。在此，我们选择通过DDE设备实现此功能。首先需定义一个动态数据交换(DDE)设备，DDE设备的设置包括连接对象名、服务程序名、话题名和数据交换方式。

DDE是Windows平台上的一个完整的通信协议，它使支持动态数据交换的两个或多个应用程序能彼此交换数据和发送指令。DDE始终发生在客户应用程序和服务器应用程序之间。可将DDE过程比喻为两个人的对话，一方向另一方提出问题，然后等待回答。提问的一方称为“顾客”(client)，回答的一方称为“服务器”(server)。一个应用程序可以同时是“顾客”和“服务器”:当它向其他程序中请求数据时，它充当的是“顾客”;若有其他程序需要它提供数据，它又成了“服务器”。

在设计过程中发现，如果选择组态王程序作为客户端、图像处理软件作为服务器端时，图像处理软件必须在组态王程序运行前运行，以保证正常的数据传递和调用。因此，需把组态王配置为DDE服务器端，而把图像处理软件设置为客户端。

组态王作为服务器，其服务器名为VIEW，话题名为tagname，每一个项目的名字就是其所对应的寄存器名。因为需要寄存器名，所以组态王中的内存变量是不允许DDE访问的，I/O设备中的数据允许访问。这个矛盾可以用组态王提供的仿真PLC实现。