基于Labview 的过程参数追溯系统开发

2020-05-01谭善锋赵宗红

设备管理与维修 2020年5期

谭善锋，赵宗红

（上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司，山东青岛 266555）

0 引言

随着自动化生产的普及，生产线中使用大量的压力表、温度表、流量表等仪器，用于监控生产过程，保证压力、温度、流量等参数在要求范围内。这些仪器只能显示当前参数，不能保存历史数据，也不能显示参数的变化趋势。在出现设备故障、产品质量变异等问题时，无法对加工过程进行追溯。以抛光机的抛光压力参数为例，开发一款过程参数追溯系统，实现抛光压力的实时显示及保存功能，方便加工过程追溯。

Labview 是一种图形化的编程语言开发环境，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件，利用他可以方便地建立自己的虚拟仪器，因此系统采用Labview 作为开发环境。

1 软件功能要求

为实现抛光机抛光压力参数的实时显示及保存，软件需具有以下功能：

（1）与抛光机进行实时通信，获取抛光压力参数数据。

（2）对抛光压力参数进行图形化显示。

（3）抛光压力参数保存记录。

（4）抛光压力实时参数与设定值比较，超出设定范围时报警。

2 软件架构设计

（1）根据软件的功能要求，绘制软件的功能流程如图1 所示。

（2）程序框图设计。根据功能流程图，使用2 个while 循环作为程序基本框架。如图2 所示，一个while 循环使用状态机，结合事件结构，用于处理事件响应，主要包括抛光压力最大、最小值改变、历史数据记录、压力状态显示等。另一个while 循环使用状态机，结合条件结构，用于处理抛光压力参数的采集及实时显示。

（3）操作界面设计。根据要实现的功能，操作界面分为设置区和显示区两部分，设置区用于设定相关监控参数，包括主轴颈、连杆颈抛光压力要求的最大值、最小值，保存压力数据的时间参数。显示区用于数据及状态显示，包括实时压力标签页和历史数据标签页，实时压力标签页显示各个抛光单元的实时抛光压力数据，历史数据标签页显示历史工件的抛光压力数据。标签页上方放置状态栏，显示当前抛光压力是否在设定范围内，以及历史数据的存放地址。操作界面如图3所示。

图1 功能流程图

3 硬件配置设计

为实现实时抛光压力参数的采集，使用具有I/O Link 功能的压力传感器监控抛光压力。I/O Link 是一种点对点的串行数字通信协议，可以在传感器与控制器之间进行周期性的数据交换。一个I/O Link 系统主要由如下几部分组成：I/O Link 主管、I/O Link 设备、非屏蔽3～5 芯标准线缆、I/O Link 设置工具。在该系统中，I/O Link 主管采用巴鲁夫的BNI PBS-502-001-Z001模块，I/O Link 设备采用易福门的PN7002 压力传感器，并为每个压力传感器分配地址。硬件配置如图4 所示。

图2 程序框图

图3 软件操作界面

4 软件功能实现

（1）使用OPC 实现软件通信。软件与机床PLC 的通信使用OPC 技术来实现，OPC 是为了给工业控制系统应用程序之间的通信建立一个接口标准，在工业控制设备与控制软件之间建立统一的数据存取规范。主要解决过程控制系统与其数据源的数据交换问题，可以在各个应用之间提供透明的数据访问。在OPC Server 中输入要连接的设备PLC 类型及IP 地址，建立OPC 通道，配置要与抛光压力追溯系统进行交互的信号，包括各抛光单元的压力数据，抛光单元夹紧信号等。OPC 配置如图5所示。

（2）数据转换。易福门的PN 系列压力传感器采集到的为16位二进制数据，其中第0 位与第1 位分别为压力传感器out1、out2 两个功能的设定，剩余14 位为压力数据。为取得压力数据，需要对采集到的16 位二进制数据进行转换，去除第0 位及第1位，建立数据转换子VI（图6）。

图4 硬件配置画面

图5 OPC 配置画面

图6 数据转换子VI

5 功能验证

程序设计完成后，运行程序建立与设备的连接，实时压力标签页可实时显示各个单元抛光压力曲线，每一个加工循环取一组压力数据存储在历史数据中，并在历史数据标签页显示（图7）。历史数据根据加工时间存放在Excel 表格中，可进行历史过程追溯。改变主轴颈、连杆颈压力监控设置值，使其范围超出实际压力，验证软件可报警压力超出要求范围，报警功能有效。