基于组态王的磨合顶锁试验台监控系统的设计与实现

刘海洋李 美

（1.芜湖航翼集成设备有限公司，安徽 芜湖 241000；2.安徽信息工程学院，安徽 芜湖 241100）

0 引言

磨合顶锁试验台为装备修理企业常用的试验设备，其通过油液交替供压来实现被试产品的往复磨合等功能。目前，该类型的试验设备多为传统半自动化或纯手动控制设备，在整个试验过程中操作步骤烦琐，且易出错，容易对产品造成损害，导致生产效率低下，势必会影响企业的生产经济效益。此外，在产品试验过程中，数据记录取样有限，不能很好地对试验过程进行有效分析，最终影响产品性能的优化提升。

组态王软件［1］是一种通用的工业监控软件，其具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济效益好、开发周期短等优点。组态王软件系统可分为控制层、监控层、管理层。其中，监控层对下连接控制层，对上连接管理层，在对生产过程进行实时监测与控制的同时，完成上传下达和组态开发的功能。尤其是要考虑画面、数据、动画等问题。通过对监控系统的要求和要实现的功能进行分析，采用组态王软件对监控系统进行设计。组态王软件可提供可视化监控画面，便于对现场实时监控，且其能充分利用Windows的图形编辑功能，从而构成监控画面，并以动画的方式来显示控制设备的状态，其具有报警窗口、实时趋势曲线等，还能生成各种报表。组态王软件还具有丰富的设备驱动程序、灵活的组态方式和数据链接功能。

S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC是西门子公司推出的一款小型可编程控制器，其结构紧凑、扩展性强、指令功能强大、控制稳定性及可靠性高，同时价格较为低廉，成为小型控制工程的首选控制器。

本研究基于组态王工业控制技术对磨合顶锁试验台监控系统进行设计［2］，硬件控制底层采用S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC［3-5］对试验台运行进行设计，上位机主控部分采用组态王工业控制技术对监控系统进行设计。本系统可实现试验台的全自动化运行，通过人机交互画面可实现对设备运行状态的实时监控，且组态王具有数据记录功能，可对试验台运行参数进行实时精确的记录与存储，促进企业生产效率的提高，最大化提升企业的经济效益。

1 监控系统总体设计

磨合顶锁试验台上位机采用亚控Kingview 6.60（64点）组态王软件控制技术对上位机画面的组态进行监控，通过RS232串行通信来实现上位机（主控计算机）与下位机（可编程控制器）之间的数据快速传输。在Kingview 6.60软件中，通过添加S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC可编程控制器设备，来完成S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC与Kingv-iew 6.60软件的网络链接，通过Kingview 6.60软件来建立与PLC控制相对应的数据变量，可实现下位机开关量、数据参数到上位机的映射，从而实现试验台的监控功能。上位机的另一个重要功能就是对可编程控制器采集到的系统压力、加载载荷、油箱温度、气源压力等数据进行实时在线记录与存储。被试验产品在试验过程中，当系统压力达到某一值时，在某一时间段（10 min）内及2个换向阀左右通段时间（1 min）内的实时数据记录量过大，采用微软ACCESS数据库，按照被试验产品的型号、试验人工号、试验日期对系统压力、加载载荷、油箱温度、气源压力等数据进行在线记录存储。通过调用Kingview软件库函数及编写功能脚本语言，可建立Kingview软件与ACCESS数据库的网络链接，进而实现数据的在线记录与存储功能。系统的整体设计框架如图1所示。

图1 系统框架图

对不同型号的试验产品用单选按钮控件来进行区分，即在进行后台数据记录时，通过单选按钮控件来选择所要进行试验的产品，并将相关数据录入后台数据记录表格中，从而实现按产品型号区分后台数据记录。磨合顶锁试验台监控系统设计逻辑如图2所示。

图2 监控系统设计逻辑

2 网络数据链接设计

2.1 创建通信网络

通信网络是磨合顶锁试验台上位机监控与下位机控制的桥梁，选用的通信类型是由下位机（控制器）所支持的通信网络方式来决定的，常见的有串口通信、以太网通信等，本研究选用下位机串口通信（RS232）方式进行整体设计。首先，通过USB转RS232串口连接电缆，将安装有组态王软件的计算机与S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC进行物理连接；其次，在进入组态王软件运行环境后，创建项目工程，从而进入项目工程开发界面；最后，在“设备”菜单栏中选择S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC与计算机连接的COM端口，通常可在计算机设备管理中查询到S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC与计算机连接的端口。此时，要对串口通信的关键参数进行配置（波特率设置为9 600、数据位设置为8位、奇偶校验设置为偶校验、停止位设置为1位、通信方式设置为RS232）。串口参数配置示例如图3所示。

图3 串口参数设置

在完成串口通信网络参数配置后，在所用COM口下新建的“S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC”设备中，使用组态王软件的配置向导功能即可完成本次链接设备的资源添加。

2.2 定义数据变量

在组态王软件中，变量的集合被称为“数据词典”。数据词典记录了用户可使用的所有数据变量的详细信息，其位于组态王工程浏览器“数据库”项的下拉列表中。将应用工程中定义的变量及系统变量存放于数据词典中。变量可分为基本类型和特殊类型，基本类型变量按照数据类型可分为离散型、实型、整型和字符串，特殊类型变量有报警窗口变量、报警组变量、历史趋势曲线变量和时间变量。

在通信网络设计中，新建的“S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC”设备在完成资源添加后，组态王完成其与下位机S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC［6］之间的通信设置。此时，要在组态王项目工程菜单选项栏“数据库”中建立上下位机数据链接变量，具体设计步骤如下。根据磨合顶锁试验台的功能对功能变量进行梳理，即梳理出数字量输入（按钮开关）数量、数字量输出（指示灯）数量、模拟量输入（可调电位计）数量及模拟量输出（压力、流量等）数量，同时确定模拟器量输入输出对应的数据类型（整型、浮点型等）。

选择所建项目工程菜单选项栏“数据库”中的“数据词典”选项，进入变量编辑栏，通过“新建”功能来定义2.1中梳理出的磨合顶锁试验台变量，并在新建变量编辑栏中选择“S7-200 6ES7214-1AD23-0XB0 PLC”设备，即可完成变量的网络链接。

2.3 创建记录体与表格模板

使用磨合顶锁试验台进行试验时，要对系统压力、气源压力等参数进行记录与存储，方便后期查询。此时，要对系统程序进行设计，使其能够对试验数据进行实时记录。在对试验参数进行记录前，先要确定数据的记录格式，通常会以日期、时间、试验人、试验参数的格式进行记录存储。试验记录格式通过“记录体”和“表格模板”进行定义，在SQL访问管理器中创建“记录体bind1”和“表格模板table”，如图4所示。

图4 创建记录体、表格模板

2.4 数据记录

在完成记录体与表格模板创建后，系统会将数据默认为表格模板中定义的格式进行存储。通常情况下，在进行试验时，当试验参数达到工艺规定值时，通过外部施加一触发信号，系统开始进入后台自动实时记录。可通过编写命令语言来实现对后台数据的自动记录。考虑到试验过程中记录的数据量大的特点，本研究采用ACCESS数据库对试验数据进行记录存储。首先，在PC端数据源（ODBC）中创建数据存储的ACCESS数据库、数据存储表格；然后，在新建画面“画面属性”中进入“命令语言”，进行脚本语言的编辑。脚本数据记录命令语言如下。

SQLConnect（DeviceID，“dsn=mine；uid=；pwd=”）；//实现组态王软件与所创建的“mine”数据库之间的链接；

SQLCreateTable（DeviceID，“试验记录数据”，“table”）；//在“mine”数据库中创建数据记录表格“table“；

if（\本站点start_datewrite_led==1），

SQLInsert（DeviceID，“试 验 记 录 数 据”，“bind1”）；//当外部施加启动记录触发信号时，此时系统开始对后台数据进行自动记录；

if（\本站点delete_datewrite_led==1），

SQLClearTable（DeviceID，“试验记录数据”）；//当需要对数据记录表格“table”中的数据清空时，此时外部要施加一触发信号，系统会自动对数据记录表格中的数据进行清空。

2.5 创建下拉菜单

考虑到磨合顶锁试验台的试验产品具有多样性的特点，设备在进行后台试验数据记录时，会以产品类型分类的形式对试验过程中的记录试验数据进行区分。在磨合顶锁试验台监控系统的设计过程中，使用组态王软件［7］中的“下拉菜单”控件进行设计，详细设计流程如下。

首先将试验产品种类进行文本编辑，以.csv格式进行保存；然后对“下拉菜单”控件进行重新配置，并关联相关定义变量，在监控系统设计画面命令语言中编写的脚本命令语言如下。

listLoadList（“组 合 框 信 息”，“C：Documents and SettingsAdministrator桌面磨合顶锁试验台组态磨合定锁试验台新建工作表.csv”）；

最后对下拉组合框控件进行配置，从而实现对试验产品的自主手动选择。

在完成上述设计后，磨合顶锁试验台投入运行时，试验人可通过下拉控件来选择所要试验的产品，即可实现对后台数据的分类记录。

3 监控画面设计

通过组态王软件自带的控件，在已建的项目工程画面中添加磨合顶锁试验台相关阀类开关、电源控制按钮、参数显示模块等，即可完成对磨合顶锁试验台的监控设计。所设计的磨合顶锁试验台监控系统可对试验过程中的各类参数进行监控、记录和存储。

4 系统实现与验证

4.1 系统实现

磨合顶锁试验台监控系统由数字显示模块、按钮指示模块、报警指示模块、数据记录模块、产品/试验人员加载模块及系统开关机模块组成。

数字显示模块可实时精准显示出试验台在工作过程中的系统压力、加载载荷、气源压力及流量，将下位机控制器采集处理后的数据传输至监控数字显示模块中，用户能更直观地观察试验数据，从而判断试验条件是否符合要求。

按钮指示模块由试验台上的各类操作按钮及指示灯组成，包括泵站启/停按钮和指示灯、蜂鸣器报警复位按钮、换向阀开关按钮和指示灯等。用户通过控制按钮来实现对试验台的控制，同时系统反馈的指示灯信号会在监控画面上显示。

报警指示模块主要用于在超温或缺油情况下的自动报警指示，即报警指示灯闪烁用来提醒用户对报警做出应对措施。

数据记录模块主要用于产品试验过程中对系统压力、加载载荷、气源压力及流量数据的实时在线记录，并将记录数据存储到ACCESS数据库中，用户可通过所建的ACCESS数据库文件对试验记录数据进行查看。

产品/试验人员加载模块主要实现操作人员对试验产品的手动选择及操作人员姓名和工号的输入，便于对后台试验数据进行记录。

系统开关机模块用于监控系统计算机关闭或监控软件系统关闭。“系统关机”按钮用于关闭监控系统计算机；“退出系统”按钮可让用户退出监控系统软件，并不关闭监控系统计算机。

4.2 试验验证

通过搭建磨合顶锁控制系统软硬件资源平台，并结合磨合顶锁液压平台产品试验种类进行监控画面的设计及试验，监控系统画面如图5所示。经试验验证，本研究设计的磨合顶锁监控系统能实现预期目标，满足实际的工程需求，具有一定的实用价值。

图5 监控系统画面

5 结语

为满足磨合顶锁试验台试验过程的具体要求，本研究对其监控系统进行设计，所设计的监控系统能对试验过程中的状态信息进行实时监控，便于人机交互。同时，系统可通过后台自动运行实现对试验数据参数的实时记录存储，便于后期的试验数据查询。该系统已应用于相关企业的数字化产线改造中，相关企业的生产效率得到明显提高。