基于LabVIEW开发的气密性测试设备控制系统设计

2021-09-17曹小金

电子制作 2021年16期

曹小金

（深圳市沃尔核材股份有限公司，广东深圳，518118）

0 引言

良好的气密性可以使产品具有更好的防水、防尘性能。因此，产品的气密性测试，显得相当必要。然而现有技术中，在采用压力表法时，需要在产品表面预留注气孔，所述预留注气孔的后续封堵增加了漏气风险，而且压力表法不利于对每一个产品的气密性进行准确的估判，也无法实现气密性测试的量化。

随着设备柔性的不断提高和智能制造的不断发展，对软件系统的算法和人机交互界面的编程要求越来越高，不但需要软件功能的准确实现，还追求软件系统的开发效率，即要求所用的软件开发平台操作简单，易于编程，此外在气密性设备行业中，通常使用普通的HMI触摸屏，功能有限，不适合数据采集较为复杂、存储数据要求比较高的场合，而LabVIEW采用新型的数据流创新编程方式，满足复杂数据采集、存储的同时，还缩短了开发时间[1]。

1 LabVIEW软件简介

LabVIEW属于用图符代替复杂文本编程语言，创建应用程序的图形化编程方式。常规文本编程语言是根据不同的语句、指令的各种规则顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用一种新型的数据流创建编程方式，程序框图中各自定义的节点之间的数据流向分支决定了VI及函数的执行规则和顺序[2]。VI可以理解为是不同的虚拟仪器，属于 LabVIEW 的程序模块。

该软件内部提供很多外观与常规仪器类似的外形和功能的控件，可以非常方便地创建操作界面。操作界面在LabVIEW 中被定义为前面板。使用图符和节点线，可以通过图符编程对前面板上的控件对象进行控制。这种编程方式产生的就是图形化源代码，或者可以称之为程序框图代码。

LabVIEW多应用与数据采集和仪器控制等场合。LabVIEW 集成了多种功能，包含满足 GPIO、RS-232和RS-485协议的硬件、数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了丰富的函数库，包含TCP/IP、ActiveX的库函数。在实际使用中，他的功能强大且非常灵活。利用它可以方便快捷地建立自己独有的专业的虚拟仪器，特别是图形化的界面，利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，编程及使用过程都生动有趣[3]。

利用LabVIEW，能够快速的产生可独立运行的exe文件,它是一个的32位/64位编译器。LabVIEW的应用领域比较广泛，包括测试领域、工业数据采集领域[4]。

2 方案设计

■2.1 整体方案

气密性设备采用的工作原理是高压供气系统将控制压力稳定的压缩空气注入到试验管路中，然后通过上位机控制关断高压气源，电磁阀按照上位机的要求准确控制气流平衡，再关断另一端的平衡电磁阀，气密性检测通过被试件与标准件同一气路相连接的精密压差传感器，在设定的验证时间内（本例中一般为30分钟）试件与标准件的压差值,安装产品要求的标准，这个压差值在范围之内，即可判定为产品合格。

气密性测试设备控制系统主要有两大部分，如图1所示，PLC控制部分和人机交互部分。

图1 系统构成图

PLC控制部分是整个系统中功能实现的部分，主要负责给待测管件提供气压，即管控气源的开关；采集被测管件的实时气压；提供定时器，为被测管件的保压时间提供基准。PLC在采集被测管件实时气压的同时，与标准气压进行比对，只要在保压时间内实时气压不低于标准气压则判断被测管件的为合格产品，否则则认为是不合格产品。PLC在进行气密性测试的过程中需要与人机交互界面进行实时数据交换。上述提到的气源开关闭合与断开信号、实时的气压数据、测试结果和测试时间等都需要与人机交互界面交换。PLC与人机交换界面之间通过一根网线进行连接，数据通过TCP/IP协议进行传输。

人机交互界面由LabVIEW编程而成，负责与PLC通信、数据显示、操作引导和操作输入等。界面的主要功能包括波形图显示、报警显示、报表输出保存、报表打印、功能及信息输入等。

■2.2 人机交互架构设计

针对目前气密性测试设备中应用的程序，利用LabVIEW软件，提供一个能够更加简单方便的操控气密性测试设备的程序。气密性测试设备需要实现人机交互、与下位机交换数据，完成从人到PLC及PLC到人的信息传递。

上位机程序部分主要功能设计如下：

数据交换：从下位机PLC采集相关过程数据，如实时压力值，以及上位机向下位机传达的信号，如气源开关信号，通过TCP/IP实时实现上位机与下位机的通讯。

波形图显示：根据时间、压力的值实时显示波形曲线图，使用者可以很直观的看见压力数据的变化。

报表输出：根据Excel报表模板，通过链接书签功能，把模板里需要填入的数据输出到模板，并生成Excel文档。

报表打印：在界面上设有调用打印机功能，可以将报表等打印成纸质资料或者打印为PDF格式的文档资料保存。

文档输入：支持ini或txt文件读取、写入功能，不同使用者在面板上的设置，都要存储在配置文件里，不同成品或使用者的参数可以立即调出，每次电脑开机也能够自动调出上次的参数设置。

数据存储：所有的数据存储在本地电脑的数据库中，由于是试验设备，根据客户的需求，所有历史数据存储在本地Access数据库里。

3 具体实施

■3.1 算法流程

算法流程即为按下开始键，系统开始往被测试管路中加入气压，然后判断气压是否到达了额定值，如果到达了则关断供气并进行保压，如果没有到达额定气压则继续加入气压，知道气压打到额定气压为止，经过保压一段时间之后判断气压是否在标准的范围内，如果是在标准的范围之内则鉴定为合格，若果不在标准范围之内则鉴定为不合格，到此一次运行流程结束，具体如图2所示。

图2 算法流程图

■3.2 人机交互界面功能实现

LabVIEW主界面如图3所示。本设计方案利用与PLC连接，控制气密性检测设备进行气密性检测。

程序由通讯链接部分、数据采集、数据处理、面板曲线表处理、数据存储处理、报表链接、报表输出等组成

当系统连续运行时，首端压力表与末端压力表可以实时查看气密性测试设备中整体的气体压力，便于操作人员实时了解。其中写整数、读整数、写浮点数、读浮点数对应的每一排可从面板根据Q0.0-Q0.7、M01.0-M1.7布尔是否点亮来查看通断。M0.0-M0.7也可以进行手动点亮。

如果该布尔为点亮状态，则软件与气密性设备可以进行通讯，如果没有点亮，则需要检查设备与软件之间的通讯。

检测系统具有数据记录的功能，点击记录按钮，可以弹出两个图表，如图3所示为被测件压力曲线图，此图中记录被测试件的压力随时间变化的变化曲线，可以直观地显示被测件管内的气压波动，从而间接地展示出被测件的气密性。

图3 LabVIEW主界面

图4是压力曲线图对应的检测记录表，表中可以记录检测机构、检测部门、报告编号、检测日期、产品型号、产品规格、检验员、审核员、检测设备、检测标准、保压压力、保压时间等参数。

在实际操作过程中，操作人员需要结合被测管件的技术要求来进行操作，技术要求如表所示。对压力曲线表的一些参数进行编辑输入，例如：检测机构输入上海长远电子材料有限公司，检测部门输入质量部，报告编号和检测日期不需要输入，系统会自动生成，产品型号和产品规格都要输入对应的型号和规格，另外还需要输入检验员和检查员的名字，检测设备和检测标准可输入也可不输入，保压压力和保压时间都需要进行设置，完成上述操作后，生成压力曲线表时就会生成如图4所示的图表。