基于LabVIEW開(kāi)發(fā)的氣密性測(cè)試設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹小金

（深圳市沃爾核材股份有限公司，廣東深圳，518118）

0 引言

良好的氣密性可以使產(chǎn)品具有更好的防水、防塵性能。因此，產(chǎn)品的氣密性測(cè)試，顯得相當(dāng)必要。然而現(xiàn)有技術(shù)中，在采用壓力表法時(shí)，需要在產(chǎn)品表面預(yù)留注氣孔，所述預(yù)留注氣孔的后續(xù)封堵增加了漏氣風(fēng)險(xiǎn)，而且壓力表法不利于對(duì)每一個(gè)產(chǎn)品的氣密性進(jìn)行準(zhǔn)確的估判，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)氣密性測(cè)試的量化。

隨著設(shè)備柔性的不斷提高和智能制造的不斷發(fā)展，對(duì)軟件系統(tǒng)的算法和人機(jī)交互界面的編程要求越來(lái)越高，不但需要軟件功能的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，還追求軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率，即要求所用的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)操作簡(jiǎn)單，易于編程，此外在氣密性設(shè)備行業(yè)中，通常使用普通的HMI觸摸屏，功能有限，不適合數(shù)據(jù)采集較為復(fù)雜、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)要求比較高的場(chǎng)合，而LabVIEW采用新型的數(shù)據(jù)流創(chuàng)新編程方式，滿足復(fù)雜數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)的同時(shí)，還縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間[1]。

1 LabVIEW軟件簡(jiǎn)介

LabVIEW屬于用圖符代替復(fù)雜文本編程語(yǔ)言，創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程方式。常規(guī)文本編程語(yǔ)言是根據(jù)不同的語(yǔ)句、指令的各種規(guī)則順序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用一種新型的數(shù)據(jù)流創(chuàng)建編程方式，程序框圖中各自定義的節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向分支決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行規(guī)則和順序[2]。VI可以理解為是不同的虛擬儀器，屬于 LabVIEW 的程序模塊。

該軟件內(nèi)部提供很多外觀與常規(guī)儀器類似的外形和功能的控件，可以非常方便地創(chuàng)建操作界面。操作界面在LabVIEW 中被定義為前面板。使用圖符和節(jié)點(diǎn)線，可以通過(guò)圖符編程對(duì)前面板上的控件對(duì)象進(jìn)行控制。這種編程方式產(chǎn)生的就是圖形化源代碼，或者可以稱之為程序框圖代碼。

LabVIEW多應(yīng)用與數(shù)據(jù)采集和儀器控制等場(chǎng)合。LabVIEW 集成了多種功能，包含滿足 GPIO、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件、數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了豐富的函數(shù)庫(kù)，包含TCP/IP、ActiveX的庫(kù)函數(shù)。在實(shí)際使用中，他的功能強(qiáng)大且非常靈活。利用它可以方便快捷地建立自己獨(dú)有的專業(yè)的虛擬儀器，特別是圖形化的界面，利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣[3]。

利用LabVIEW，能夠快速的產(chǎn)生可獨(dú)立運(yùn)行的exe文件,它是一個(gè)的32位/64位編譯器。LabVIEW的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，包括測(cè)試領(lǐng)域、工業(yè)數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域[4]。

2 方案設(shè)計(jì)

■2.1 整體方案

氣密性設(shè)備采用的工作原理是高壓供氣系統(tǒng)將控制壓力穩(wěn)定的壓縮空氣注入到試驗(yàn)管路中，然后通過(guò)上位機(jī)控制關(guān)斷高壓氣源，電磁閥按照上位機(jī)的要求準(zhǔn)確控制氣流平衡，再關(guān)斷另一端的平衡電磁閥，氣密性檢測(cè)通過(guò)被試件與標(biāo)準(zhǔn)件同一氣路相連接的精密壓差傳感器，在設(shè)定的驗(yàn)證時(shí)間內(nèi)（本例中一般為30分鐘）試件與標(biāo)準(zhǔn)件的壓差值,安裝產(chǎn)品要求的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)壓差值在范圍之內(nèi)，即可判定為產(chǎn)品合格。

氣密性測(cè)試設(shè)備控制系統(tǒng)主要有兩大部分，如圖1所示，PLC控制部分和人機(jī)交互部分。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

PLC控制部分是整個(gè)系統(tǒng)中功能實(shí)現(xiàn)的部分，主要負(fù)責(zé)給待測(cè)管件提供氣壓，即管控氣源的開(kāi)關(guān)；采集被測(cè)管件的實(shí)時(shí)氣壓；提供定時(shí)器，為被測(cè)管件的保壓時(shí)間提供基準(zhǔn)。PLC在采集被測(cè)管件實(shí)時(shí)氣壓的同時(shí)，與標(biāo)準(zhǔn)氣壓進(jìn)行比對(duì)，只要在保壓時(shí)間內(nèi)實(shí)時(shí)氣壓不低于標(biāo)準(zhǔn)氣壓則判斷被測(cè)管件的為合格產(chǎn)品，否則則認(rèn)為是不合格產(chǎn)品。PLC在進(jìn)行氣密性測(cè)試的過(guò)程中需要與人機(jī)交互界面進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。上述提到的氣源開(kāi)關(guān)閉合與斷開(kāi)信號(hào)、實(shí)時(shí)的氣壓數(shù)據(jù)、測(cè)試結(jié)果和測(cè)試時(shí)間等都需要與人機(jī)交互界面交換。PLC與人機(jī)交換界面之間通過(guò)一根網(wǎng)線進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行傳輸。

人機(jī)交互界面由LabVIEW編程而成，負(fù)責(zé)與PLC通信、數(shù)據(jù)顯示、操作引導(dǎo)和操作輸入等。界面的主要功能包括波形圖顯示、報(bào)警顯示、報(bào)表輸出保存、報(bào)表打印、功能及信息輸入等。

■2.2 人機(jī)交互架構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)目前氣密性測(cè)試設(shè)備中應(yīng)用的程序，利用LabVIEW軟件，提供一個(gè)能夠更加簡(jiǎn)單方便的操控氣密性測(cè)試設(shè)備的程序。氣密性測(cè)試設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、與下位機(jī)交換數(shù)據(jù)，完成從人到PLC及PLC到人的信息傳遞。

上位機(jī)程序部分主要功能設(shè)計(jì)如下：

數(shù)據(jù)交換：從下位機(jī)PLC采集相關(guān)過(guò)程數(shù)據(jù)，如實(shí)時(shí)壓力值，以及上位機(jī)向下位機(jī)傳達(dá)的信號(hào)，如氣源開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò)TCP/IP實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通訊。

波形圖顯示：根據(jù)時(shí)間、壓力的值實(shí)時(shí)顯示波形曲線圖，使用者可以很直觀的看見(jiàn)壓力數(shù)據(jù)的變化。

報(bào)表輸出：根據(jù)Excel報(bào)表模板，通過(guò)鏈接書(shū)簽功能，把模板里需要填入的數(shù)據(jù)輸出到模板，并生成Excel文檔。

報(bào)表打?。涸诮缑嫔显O(shè)有調(diào)用打印機(jī)功能，可以將報(bào)表等打印成紙質(zhì)資料或者打印為PDF格式的文檔資料保存。

文檔輸入：支持ini或txt文件讀取、寫入功能，不同使用者在面板上的設(shè)置，都要存儲(chǔ)在配置文件里，不同成品或使用者的參數(shù)可以立即調(diào)出，每次電腦開(kāi)機(jī)也能夠自動(dòng)調(diào)出上次的參數(shù)設(shè)置。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：所有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地電腦的數(shù)據(jù)庫(kù)中，由于是試驗(yàn)設(shè)備，根據(jù)客戶的需求，所有歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地Access數(shù)據(jù)庫(kù)里。

3 具體實(shí)施

■3.1 算法流程

算法流程即為按下開(kāi)始鍵，系統(tǒng)開(kāi)始往被測(cè)試管路中加入氣壓，然后判斷氣壓是否到達(dá)了額定值，如果到達(dá)了則關(guān)斷供氣并進(jìn)行保壓，如果沒(méi)有到達(dá)額定氣壓則繼續(xù)加入氣壓，知道氣壓打到額定氣壓為止，經(jīng)過(guò)保壓一段時(shí)間之后判斷氣壓是否在標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，如果是在標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)則鑒定為合格，若果不在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)則鑒定為不合格，到此一次運(yùn)行流程結(jié)束，具體如圖2所示。

圖2 算法流程圖

■3.2 人機(jī)交互界面功能實(shí)現(xiàn)

LabVIEW主界面如圖3所示。本設(shè)計(jì)方案利用與PLC連接，控制氣密性檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行氣密性檢測(cè)。

程序由通訊鏈接部分、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、面板曲線表處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理、報(bào)表鏈接、報(bào)表輸出等組成

當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，首端壓力表與末端壓力表可以實(shí)時(shí)查看氣密性測(cè)試設(shè)備中整體的氣體壓力，便于操作人員實(shí)時(shí)了解。其中寫整數(shù)、讀整數(shù)、寫浮點(diǎn)數(shù)、讀浮點(diǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)的每一排可從面板根據(jù)Q0.0-Q0.7、M01.0-M1.7布爾是否點(diǎn)亮來(lái)查看通斷。M0.0-M0.7也可以進(jìn)行手動(dòng)點(diǎn)亮。

如果該布爾為點(diǎn)亮狀態(tài)，則軟件與氣密性設(shè)備可以進(jìn)行通訊，如果沒(méi)有點(diǎn)亮，則需要檢查設(shè)備與軟件之間的通訊。

檢測(cè)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)記錄的功能，點(diǎn)擊記錄按鈕，可以彈出兩個(gè)圖表，如圖3所示為被測(cè)件壓力曲線圖，此圖中記錄被測(cè)試件的壓力隨時(shí)間變化的變化曲線，可以直觀地顯示被測(cè)件管內(nèi)的氣壓波動(dòng)，從而間接地展示出被測(cè)件的氣密性。

圖3 LabVIEW主界面

圖4是壓力曲線圖對(duì)應(yīng)的檢測(cè)記錄表，表中可以記錄檢測(cè)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)部門、報(bào)告編號(hào)、檢測(cè)日期、產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品規(guī)格、檢驗(yàn)員、審核員、檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、保壓壓力、保壓時(shí)間等參數(shù)。

在實(shí)際操作過(guò)程中，操作人員需要結(jié)合被測(cè)管件的技術(shù)要求來(lái)進(jìn)行操作，技術(shù)要求如表所示。對(duì)壓力曲線表的一些參數(shù)進(jìn)行編輯輸入，例如：檢測(cè)機(jī)構(gòu)輸入上海長(zhǎng)遠(yuǎn)電子材料有限公司，檢測(cè)部門輸入質(zhì)量部，報(bào)告編號(hào)和檢測(cè)日期不需要輸入，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成，產(chǎn)品型號(hào)和產(chǎn)品規(guī)格都要輸入對(duì)應(yīng)的型號(hào)和規(guī)格，另外還需要輸入檢驗(yàn)員和檢查員的名字，檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可輸入也可不輸入，保壓壓力和保壓時(shí)間都需要進(jìn)行設(shè)置，完成上述操作后，生成壓力曲線表時(shí)就會(huì)生成如圖4所示的圖表。

表1 技術(shù)要求

圖4 檢測(cè)報(bào)告相關(guān)參數(shù)

其中表格中壓力曲線Y軸取值范圍設(shè)計(jì)為可調(diào)整的方式，可以根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際需求來(lái)調(diào)整其范圍，不同量程的監(jiān)視，數(shù)值表示在壓力曲線圖表中顯示的壓力的最大值。

Excel表格里面的檢測(cè)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)部門、報(bào)告編號(hào)、檢測(cè)日期、產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品規(guī)格、檢驗(yàn)員、審核員、檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、保壓壓力、保壓時(shí)間等參數(shù)都可以在LabVIEW主界面中設(shè)置。

4 結(jié)論

LabVIEW應(yīng)用在檢測(cè)設(shè)備中有編程快捷、面板美觀等較大優(yōu)勢(shì)，可以快速的針對(duì)不同的項(xiàng)目應(yīng)用，而且調(diào)試簡(jiǎn)單。在互聯(lián)網(wǎng)上也有很多典型應(yīng)用供設(shè)計(jì)者參考。

設(shè)備的過(guò)程控制可以交給PLC來(lái)處理。LabVIEW與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，可以更好進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、報(bào)表處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。這種LabVIEW與PLC結(jié)合的方法在實(shí)際應(yīng)用非常多而且也是非常常規(guī)的應(yīng)用。

LabVIEW在氣密性設(shè)備中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)周期短，人機(jī)交互內(nèi)容功能強(qiáng)大，并且滿足數(shù)據(jù)采集與處理，同時(shí)可以更好的服務(wù)生產(chǎn)和檢測(cè)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，檢測(cè)結(jié)果更加精確；操作比較簡(jiǎn)單，測(cè)試過(guò)程快捷高效。