基于Labview 的過程參數追溯系統開發

譚善鋒，趙宗紅

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島 266555）

0 引言

隨著自動化生產的普及，生產線中使用大量的壓力表、溫度表、流量表等儀器，用于監控生產過程，保證壓力、溫度、流量等參數在要求范圍內。這些儀器只能顯示當前參數，不能保存歷史數據，也不能顯示參數的變化趨勢。在出現設備故障、產品質量變異等問題時，無法對加工過程進行追溯。以拋光機的拋光壓力參數為例，開發一款過程參數追溯系統，實現拋光壓力的實時顯示及保存功能，方便加工過程追溯。

Labview 是一種圖形化的編程語言開發環境，被視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件，利用他可以方便地建立自己的虛擬儀器，因此系統采用Labview 作為開發環境。

1 軟件功能要求

為實現拋光機拋光壓力參數的實時顯示及保存，軟件需具有以下功能：

（1）與拋光機進行實時通信，獲取拋光壓力參數數據。

（2）對拋光壓力參數進行圖形化顯示。

（3）拋光壓力參數保存記錄。

（4）拋光壓力實時參數與設定值比較，超出設定范圍時報警。

2 軟件架構設計

（1）根據軟件的功能要求，繪制軟件的功能流程如圖1 所示。

（2）程序框圖設計。根據功能流程圖，使用2 個while 循環作為程序基本框架。如圖2 所示，一個while 循環使用狀態機，結合事件結構，用于處理事件響應，主要包括拋光壓力最大、最小值改變、歷史數據記錄、壓力狀態顯示等。另一個while 循環使用狀態機，結合條件結構，用于處理拋光壓力參數的采集及實時顯示。

（3）操作界面設計。根據要實現的功能，操作界面分為設置區和顯示區兩部分，設置區用于設定相關監控參數，包括主軸頸、連桿頸拋光壓力要求的最大值、最小值，保存壓力數據的時間參數。顯示區用于數據及狀態顯示，包括實時壓力標簽頁和歷史數據標簽頁，實時壓力標簽頁顯示各個拋光單元的實時拋光壓力數據，歷史數據標簽頁顯示歷史工件的拋光壓力數據。標簽頁上方放置狀態欄，顯示當前拋光壓力是否在設定范圍內，以及歷史數據的存放地址。操作界面如圖3所示。

圖1 功能流程圖

3 硬件配置設計

為實現實時拋光壓力參數的采集，使用具有I/O Link 功能的壓力傳感器監控拋光壓力。I/O Link 是一種點對點的串行數字通信協議，可以在傳感器與控制器之間進行周期性的數據交換。一個I/O Link 系統主要由如下幾部分組成：I/O Link 主管、I/O Link 設備、非屏蔽3～5 芯標準線纜、I/O Link 設置工具。在該系統中，I/O Link 主管采用巴魯夫的BNI PBS-502-001-Z001模塊，I/O Link 設備采用易福門的PN7002 壓力傳感器，并為每個壓力傳感器分配地址。硬件配置如圖4 所示。

圖2 程序框圖

圖3 軟件操作界面

4 軟件功能實現

（1）使用OPC 實現軟件通信。軟件與機床PLC 的通信使用OPC 技術來實現，OPC 是為了給工業控制系統應用程序之間的通信建立一個接口標準，在工業控制設備與控制軟件之間建立統一的數據存取規范。主要解決過程控制系統與其數據源的數據交換問題，可以在各個應用之間提供透明的數據訪問。在OPC Server 中輸入要連接的設備PLC 類型及IP 地址，建立OPC 通道，配置要與拋光壓力追溯系統進行交互的信號，包括各拋光單元的壓力數據，拋光單元夾緊信號等。OPC 配置如圖5所示。

（2）數據轉換。易福門的PN 系列壓力傳感器采集到的為16位二進制數據，其中第0 位與第1 位分別為壓力傳感器out1、out2 兩個功能的設定，剩余14 位為壓力數據。為取得壓力數據，需要對采集到的16 位二進制數據進行轉換，去除第0 位及第1位，建立數據轉換子VI（圖6）。

圖4 硬件配置畫面

圖5 OPC 配置畫面

圖6 數據轉換子VI

5 功能驗證

程序設計完成后，運行程序建立與設備的連接，實時壓力標簽頁可實時顯示各個單元拋光壓力曲線，每一個加工循環取一組壓力數據存儲在歷史數據中，并在歷史數據標簽頁顯示（圖7）。歷史數據根據加工時間存放在Excel 表格中，可進行歷史過程追溯。改變主軸頸、連桿頸壓力監控設置值，使其范圍超出實際壓力，驗證軟件可報警壓力超出要求范圍，報警功能有效。

6 結束語

結合生產現場實際情況，結合IO Link 技術開發一套過程參數的追溯系統，對拋光機的拋光壓力參數進行實時顯示及存儲，并在超出設定范圍時進行故障報警。存儲的數據可實現歷史加工過程的追溯。通過增加監控點，該系統可進一步擴展到壓力、流量、溫度、液位等過程參數的追溯。

圖7 程序運行狀態