基于組態(tài)王的空調(diào)室外機全自動化檢測系統(tǒng)設(shè)計

石　煒，包亞萍，童國道，傅　兵

(南京工業(yè)大學 計算機科學與技術(shù)學院，南京　211800)

?

基于組態(tài)王的空調(diào)室外機全自動化檢測系統(tǒng)設(shè)計

石煒，包亞萍，童國道，傅兵

(南京工業(yè)大學 計算機科學與技術(shù)學院，南京211800)

為加快空調(diào)生產(chǎn)線上檢測工位的生產(chǎn)速率，提高整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。以組態(tài)王與空調(diào)檢測的生產(chǎn)模式為研究對象，提出了一種更加智能化，人性化的檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)在不改變原生產(chǎn)工藝與要求的前提下，通過優(yōu)化上位機自動下發(fā)與存儲功能，并增加自動診斷報警功能，將檢測工位的空調(diào)平均生產(chǎn)耗時減少到10s，從而提高了整條檢測線的智能化水平，繼而向“智能工廠”的目標邁出了重要一步。

組態(tài)王；監(jiān)測軟件；上位機；空調(diào)檢測

0　引言

隨著人們生活水平的提高，以及對生活的高質(zhì)量追求和對空調(diào)選擇的差異，造成了空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)由單一訂單、同一機型、小規(guī)模制造向多訂單、多機型、大規(guī)模、零庫存的生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變。這促使空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)對空調(diào)出廠性能提出了更高的要求。另一方面，德國的工業(yè)4.0為全球制造業(yè)描繪出了第四次工業(yè)革命的宏偉藍圖。而實施工業(yè)4.0的核心問題之一就是構(gòu)建智慧工廠的生產(chǎn)線，通過大幅提高生產(chǎn)效率，將生產(chǎn)線的精益化水平推向新高峰。

空調(diào)生產(chǎn)線分為上線工位、出廠性能檢測工位、下線工位等13個工位，其中出廠性能檢測工位是整個生產(chǎn)線中最復雜但又最重要的一個環(huán)節(jié)，掌握著空調(diào)出廠前最后一道關(guān)卡，直接決定出廠空調(diào)的工作性能。在測試環(huán)節(jié)，測試臺需要在制熱和制冷等多個步驟下對空調(diào)外機的出風溫度、溫差、電流等多種參數(shù)進行測試。由于檢測參數(shù)的眾多，導致空調(diào)檢測工位成為整條生產(chǎn)線上最慢的工位，直接決定整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏。所以提高該工位的生產(chǎn)速率顯得尤為重要。

傳統(tǒng)外機的檢測模式是，由人工控制外機的運行。檢測采用定工位的方法，當室外機運行至安裝在固定位置的檢測設(shè)備時，被獲取該性能參數(shù)。這種檢測方法的特點是設(shè)備簡單、成本低廉但存在許多缺陷。首先，定工位檢測具有不合理性。其次，定工位檢測所獲取的信息不夠完備。定工位檢測只能獲取某個時刻的數(shù)據(jù)，卻無法記錄時歷信息，而且有些數(shù)據(jù)無法檢測。在汽車自動檢測線上出現(xiàn)過數(shù)個工位同時進行性能檢測的方式[1]，雖然這種方法解決了上述定工位方法的某些缺點，但是此方法生產(chǎn)速度過于緩慢，并且上位機軟件也不能適應空調(diào)的生產(chǎn)模式，無法適應如今大訂單的生產(chǎn)要求。

隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大、空調(diào)種類的推陳出新、空調(diào)制造企業(yè)對生產(chǎn)工藝不斷改進以及對出廠空調(diào)質(zhì)量的精益求精，傳統(tǒng)的室外機性能測試方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在多元化機型的生產(chǎn)需求。分析了傳統(tǒng)的空調(diào)室外機檢測方式的各種技術(shù)特點，經(jīng)過長時間的生產(chǎn)實踐和科學規(guī)劃，現(xiàn)運用一種基于組態(tài)王的空調(diào)室外機智能化檢測系統(tǒng)，能夠有效地提高了生產(chǎn)線的診斷能力與產(chǎn)能。

1　新型智能化檢測系統(tǒng)設(shè)計

該生產(chǎn)線測試房中一共有32個測試臺工位，左線與右線各16個工位，生產(chǎn)中有32臺空調(diào)室外機同時在進行出廠性能測試[3]。整個檢測房程序按結(jié)構(gòu)可分為三個層次：上位機監(jiān)視層、觸摸屏控制層、PLC執(zhí)行層。上位機監(jiān)視層是指空調(diào)測試信息采集的可視化界面以及對測試房工作狀態(tài)的監(jiān)控。觸摸屏控制層主要是通過觸摸屏上的按鈕對測試臺進行操作。PLC執(zhí)行層是通過預設(shè)的程序及上位機發(fā)送給觸摸屏的標準參數(shù)實現(xiàn)對待出廠室外機的性能檢測過程。

現(xiàn)場使用以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相結(jié)合的方式，以太網(wǎng)以其開放性與兼容性，費用低廉，通信速率高，便于拓展，并易于Internet連接的特點，能夠從各個工位獲取數(shù)據(jù)集中管理，使得“智能工廠”的共享度提高到新層次。現(xiàn)場系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[4]如圖1所示。

圖1　測試房系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1測試臺端設(shè)計

測試臺系統(tǒng)硬件設(shè)備主要包括：MCGS觸摸屏、激光條碼掃描槍、一組PLC和多個性能檢測裝置組成。

圖2　測試臺檢測流程

空調(diào)條碼是空調(diào)外機的唯一身份，所有需要記錄的數(shù)據(jù)，例如上線時間、下線時間、焊接時間等都需要與條碼一一匹配[5]。上位機獲取到空調(diào)條碼后把待測室外機的標準參數(shù)下發(fā)給測試臺觸摸屏，觸摸屏與PLC通過這些標準參數(shù)啟動該室外機的測試程序。測試臺流程如圖2所示。

具體步驟為：

(1) 待放置室外機的工裝板到達測試臺位置，金屬探測器檢測到工裝板到位，觸發(fā)PLC執(zhí)行測試程序。

(2) 測試臺觸發(fā)掃描槍掃描條碼，并給上位機發(fā)狀態(tài)位“1”，通知上位機已掃到條碼等待讀取。

(3) 等上位機下發(fā)標準參數(shù)，并開始3個步驟的測試。

(4) 自動判斷測試是否合格，不合格報警[6]，并通知上位機存測試結(jié)果。

(5) 出料。

1.2上位機端設(shè)計

檢測系統(tǒng)上位機軟件運用的是我國現(xiàn)在很流行的kingview工業(yè)控制組態(tài)軟件[7]。它的編程方式類C編程語言的方式，便于對C熟悉的工程人員直接使用，具有易開發(fā)、可擴展、高可靠性等優(yōu)點[8]。Kingview運用的是類似面向結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計方法，其運用模塊化設(shè)計及并行設(shè)計的思路將整個測試房系統(tǒng)分為32個相對獨立的模塊，使各個模塊處于獨立的線程，互不干擾。這樣有利于查找各模塊的問題所在，大大縮短了開發(fā)時間，利于維護。

1.2.1主檢測模塊

主檢測模塊通過微軟公司提供的ODBC(OpenDatabaseConnectivity)數(shù)據(jù)接口[9]與SQLSEVER實現(xiàn)連接。ODBC技術(shù)的主要特點：它是一種使用SQL語言的程序設(shè)計接口，因而具有更廣泛的通用性。它在使用過程中免去了潛在數(shù)據(jù)庫的技術(shù)細節(jié)以及軟件所需要的存取目標數(shù)據(jù)的通信問題。

主模塊還提供了監(jiān)測32個測試臺運行狀態(tài)的功能，當測試臺正常工作時，指示燈顯示為綠色，異常時為灰色。如圖3所示，14和23工位測試臺顯示異常，其他工位正常工作。免去了工作人員逐個查看測試臺工作狀態(tài)的麻煩，便于工作人員直觀地掌握測試房的整體狀態(tài)。

圖3　測試臺狀態(tài)監(jiān)控

當掃描槍發(fā)生異常，需要手動下發(fā)參數(shù)至指定測試臺時，選中下發(fā)參數(shù)記錄，勾選指定測試臺工位，點擊“選定發(fā)布”按鈕即可，如圖4所示。此畫面還有增加、修改和刪除參數(shù)記錄的功能。

圖4　手動發(fā)布參數(shù)

1.2.2子檢測模塊

整個檢測房程序分為32個子檢測模塊，每個模塊通過測試臺狀態(tài)位來獲取此時上位機需要執(zhí)行的命令：

0：測試過程重置，上位機給測試臺標志置0；

1：測試臺空調(diào)外機到位，已掃到空調(diào)條碼，等待上位機讀取空調(diào)條碼，同時檢索并下發(fā)對應標準參數(shù)，下完完畢給測試臺標志置1；

2：空；

3：空；

4：測試臺室外機測試報警或完畢，等待上位機讀取測試結(jié)果，存儲完畢給測試臺標志置4；

當測試臺狀態(tài)變量變?yōu)?時，上位機主動讀取空調(diào)條碼變量。由于空調(diào)條碼中包含機型編碼、物料編碼、生產(chǎn)日期和空調(diào)具體編號等信息。上位機通過ODBC數(shù)據(jù)接口自動連接數(shù)據(jù)庫，根據(jù)空調(diào)條碼前9位判斷出機型編碼，并據(jù)此檢索測試機型具體標準參數(shù)，完成自動下發(fā)標準參數(shù)過程。

檢測程序要利用條碼自動提取標準參數(shù)，首要任務是條碼的采集和清晰的工作流程。設(shè)計的工作流程如圖5所示。

檢測時，當工裝板通過皮帶運送至測試臺時，金屬探測器檢測到工裝板上的金屬片，即觸發(fā)掃描槍掃描放置在工裝板固定位置的空調(diào)條碼。同時通知上位機已掃到條碼，等待上位機讀取條碼并下發(fā)標準參數(shù)。當上位機讀取到新條碼，自動連接數(shù)據(jù)庫，根據(jù)機型編碼把兩表中的信息讀取到相應的變量中，然后下發(fā)至對應的測試臺以完成測試臺準備工作。在很大程度上減少了檢測人員的勞動量，大幅提高了工廠的生產(chǎn)效率。

該企業(yè)室外機由數(shù)十種不同機型組成，系統(tǒng)首先在數(shù)據(jù)庫中建立“測試房”表來存儲待測室外機的機型編碼、電源輸入等基本信息，同時有另一個步驟參數(shù)表存儲待測機型的詳細標準參數(shù)。由于經(jīng)常有新機型研發(fā)出來，工作人員將新機型的標準參數(shù)通過增加記錄功能錄入數(shù)據(jù)庫。

檢測過程一般分為三個階段：制熱、制冷和停機。在測試過程中，測試臺會實時讀取運行中室外機的各項數(shù)據(jù)，并顯示在觸摸屏上。在任何一個階段內(nèi)，當PLC檢測到某一項數(shù)據(jù)超出標準參數(shù)上下限時，會立刻發(fā)出報警并通知監(jiān)測系統(tǒng)存儲錯誤測試結(jié)果并分析報警原因[10]，原因存入返修表中，從而完成自動診斷功能。

1.3主要特點

與國內(nèi)以往的空調(diào)生產(chǎn)線相比，本系統(tǒng)具有易維護、使用方便、易于擴展、功能齊全、更智能化等特點，主要表現(xiàn)在：

實現(xiàn)了全自動檢測功能。系統(tǒng)能夠自動讀取空調(diào)條碼，檢索對應的標準參數(shù)并自動下發(fā)到測試臺，進一步實現(xiàn)黑燈化的控制與檢測。

良好的生產(chǎn)監(jiān)視功能。當日生產(chǎn)空調(diào)的訂單號，機型，合格信息全部顯示在本系統(tǒng)的監(jiān)控畫面。有利于生產(chǎn)線員工快速了解整個檢測房的生產(chǎn)狀態(tài)。

手動與自動切換功能。在測試臺掃描槍發(fā)生故障時，無法讀取到空調(diào)條碼，從而檢索不到標準參數(shù)。員工可在上位機選擇手動下發(fā)檢測參數(shù)功能，快速完成自動檢測，不影響生產(chǎn)線的正常運行。

自動診斷報警功能。該系統(tǒng)不僅可以自動存儲測試結(jié)果，而且能夠自動診斷測試臺報警原因，將原因存入數(shù)據(jù)庫。在測試房返修工位，工作人員掃描待修空調(diào)條碼，可自動調(diào)取數(shù)據(jù)庫中該室外機的報警原因，無需員工再去查找空調(diào)問題所在，有利于返修員工加快空調(diào)返修速度，提高生產(chǎn)線生產(chǎn)效率。

2　界面設(shè)計與生產(chǎn)分析

生產(chǎn)中，工作人員需要隨時查看檢測房的生產(chǎn)狀態(tài)，如圖6所示，在30號測試臺的條碼為AA1P5406T20EEF7G1413的空調(diào)室外機測試結(jié)果為不合格。點擊記錄，下方顯示出本臺機器的具體測試結(jié)果與標準參數(shù)的對照表，不在標準參數(shù)范圍內(nèi)的異常測試結(jié)果顯示為紅色字體。

通過對圖6中生產(chǎn)空調(diào)測試時間的分析，在159s內(nèi)測試了17臺空調(diào)，平均每臺空調(diào)測試耗時控制在10s以內(nèi)，速度較傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式大幅提高。本系統(tǒng)的運用不僅節(jié)省了大量的勞動力，大大加快了生產(chǎn)速度，并且還人性化地增加了測試不合格自動診斷功能。當測試結(jié)果為不合格時，上位機把異常原因存入數(shù)據(jù)庫中，如圖7所示。工作人員在返修工位掃描此臺返修室外機條碼，可直接調(diào)取異常原因顯示在返修工位MCGS觸摸屏上。

圖6　生產(chǎn)狀態(tài)顯示

圖7　異常原因

3　結(jié)束語

本文針對大型空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)未來大訂單和混合機型的生產(chǎn)模式，介紹了一種基于組態(tài)王的自動化檢測線上位機監(jiān)測系統(tǒng)，這種新型監(jiān)測系統(tǒng)通過優(yōu)化上位機自動下發(fā)與存儲功能，改進報表系統(tǒng)，并增加自動診斷報警功能，解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)線檢測工位生產(chǎn)過慢的問題，不僅加快了生產(chǎn)節(jié)奏，減少了人力成本，而且能夠滿足了工廠大批量、多樣化、定制化的柔性生產(chǎn)需

求。目前該系統(tǒng)已成功運用于某大型電器生產(chǎn)企業(yè)的空調(diào)生產(chǎn)線，生產(chǎn)情況良好，生產(chǎn)指標達到企業(yè)技術(shù)要求。生產(chǎn)結(jié)果表明該系統(tǒng)控制下的室外機檢測線生產(chǎn)速度可以達到10秒/臺以內(nèi)，比傳統(tǒng)模式檢測有較大幅度提升，從而提高了整條生產(chǎn)線的智能化水平，繼而向工業(yè)4.0的目標更近一步。

[1] 梁勇,馬興平.汽車自動檢測線計算機控制系統(tǒng)的研究[J].實驗技術(shù)與管理,2013,30(9):107-110,121.

[2] 嚴榮智.基于ARM9的空調(diào)自動化檢測系統(tǒng)[D].廣州:華南理工大學,2012.

[3] 覃家仁,劉漢平.汽車生產(chǎn)線柔性化改造[J].裝備制造技術(shù),2013(11):198-197.

[4] 劉景華,王辛杰,吳則舉.基于組態(tài)王的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)[J].青島理工大學學報,2008,29(4):105-108.

[5] 陸遠,胡瑩,夏芳臣.面向汽車混線生產(chǎn)的柔性生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].制造技術(shù)與機床,2010(5):31-33.

[6] 靳亞銘,劉振娟,李宏光.空調(diào)設(shè)備自動檢測計算機專家控制系統(tǒng)[J].儀器儀表學報,2006,27(10):1354-1357.

[7] 潘高峰,謝勇,薛軍.基于組態(tài)王的標校遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計[J].電訊技術(shù),2011,51(12):83-86.

[8] 王曉偉,寧曉光,朱學軍.基于組態(tài)王的立體鋼樣倉庫控制系統(tǒng)設(shè)計[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2013(5):80-83.

[9] 馬耀華,柏文陽,徐潔磐.數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡訪問接口安全ODBC的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機工程,2003,29(2):171-173.

[10] 郭輝,袁旭東,熊永福.實時故障診斷專家系統(tǒng)在空調(diào)中的應用[J].電氣傳動自動化,2004,26(3):41-43,62.

(編輯李秀敏)

ASystemDesignofAirConditioningAutomatedDetectionSystemBasedonKingview

SHIWei,BAOYa-ping,TONGGuo-dao,FUBing

(SchoolofComputerScienceandTechnology，NanjingTechUniversity,Nanjing211800,China)

Inordertospeeduptheproductionrateofairconditioningautomateddetectionandimprovetheproductionefficiencyofthewholeproductionline.Thispapermainlytalksaboutkingviewandtheproductionmodeofairconditioningautomateddetectionandpresentsamoreintelligentandhumandetectionsystem.Withoutchangingtheoriginalproductionprocessandrequirements,thissystemcanreducestheairconditioningaveragedetectiontimeconsumingto10seconds,improvestheintelligentlevelofthewholeproductionlineandmakesanimportantsteptotheSmartfactorybyoptimizingautomaticallyissuedandstoragefunctionandincreasingtheautomaticdiagnosticalarmfunction.

kingview;monitoringsoftware;hostcomputer;airconditioningdetection

1001-2265(2016)08-0089-04DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.08.025

2015-08-14；

2015-09-02

石煒(1991—)，男，江蘇南通人，南京工業(yè)大學碩士研究生，研究方向為工業(yè)自動化與信息化，(E-mail)ntsw8080@163.com；

包亞萍(1965—)，女，南京人，南京工業(yè)大學教授，碩士研究生導師，研究方向為工業(yè)智能控制系統(tǒng)。

TH122;TG506

A