0 引言

    過(guò)濾材料性能檢測(cè)系統(tǒng)中軟件是系統(tǒng)最重要的組成部分。檢測(cè)系統(tǒng)的軟件結(jié)合了計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)與傳感器技術(shù),、數(shù)據(jù)采集技術(shù),、PLC編程技術(shù)、串口通信技術(shù),。上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)檢測(cè)平臺(tái)的壓力,、流量，PLC接收上位機(jī)的指令對(duì)電磁調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度進(jìn)行控制,，并同時(shí)控制增壓泵和多個(gè)電磁開(kāi)關(guān)閥的通斷,，最終實(shí)現(xiàn)壓降流量特性試驗(yàn)、多次通過(guò)試驗(yàn),、沖洗試驗(yàn)的自動(dòng)化,。

1 檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

    過(guò)濾材料性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)是由變送器,、電磁閥、PLC模塊,、顆粒計(jì)數(shù)器,、上位工控機(jī)組成的多功能綜合試驗(yàn)裝置，其復(fù)雜程度高,。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。

    本檢測(cè)平臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)采用工控機(jī)和西門子PLC的上下位機(jī)，兩者之間通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,。PLC是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制的核心,，不僅負(fù)責(zé)試驗(yàn)平臺(tái)的壓力以及流量的數(shù)據(jù)采集，而且可以接收上位機(jī)發(fā)送的指令要求,，調(diào)節(jié)試驗(yàn)平臺(tái)中各執(zhí)行元器件的狀態(tài),。檢測(cè)系統(tǒng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)步驟自動(dòng)完成試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)過(guò)濾材料性能檢測(cè)的自動(dòng)化,。

    顆粒計(jì)數(shù)器和工控機(jī)構(gòu)成顆粒檢測(cè)系統(tǒng),，上位機(jī)是主設(shè)備，顆粒計(jì)數(shù)器作為下位機(jī),，通過(guò)串口通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與顆粒計(jì)數(shù)器的通信,。采用顆粒計(jì)數(shù)器評(píng)定過(guò)濾材料的過(guò)濾精度，有助于提高檢測(cè)的速度和精度,。上位機(jī)是測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心,，主要用于處理、分析以及存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù),，輸出用戶所需的試驗(yàn)結(jié)果及曲線,。

    本檢測(cè)系統(tǒng)包括2路壓力信號(hào)的采集，1路流量信號(hào)的采集,，5路數(shù)字量輸出控制信號(hào)，1路模擬量輸出控制信號(hào),。蠕動(dòng)泵與上位機(jī)LabVIEW直接進(jìn)行RS485串口通信,，因此直接受上位機(jī)控制。該系統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)以PLC為現(xiàn)場(chǎng)控制核心,，工控機(jī)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ),、處理以及人機(jī)交互平臺(tái)。充分利用了工控計(jì)算機(jī)良好的數(shù)據(jù)處理分析和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)保存能力以及PLC抗干擾能力強(qiáng),、可靠性高的特點(diǎn),。

    系統(tǒng)通過(guò)對(duì)壓力和流量的采集判斷來(lái)控制電磁開(kāi)關(guān)閥的通斷以及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，最終完成檢測(cè),。軟件用戶界面友好,，操作簡(jiǎn)便,。

2 通信方式選擇

    PPI協(xié)議是西門子為PLC S7-200模塊設(shè)計(jì)的專用通信協(xié)議。PPI協(xié)議廣泛應(yīng)用在西門子PLC S7-200與第三方組態(tài)軟件進(jìn)行通信,，包括西門子觸摸屏WINCC,、組態(tài)王、紫金橋,、力控等,。當(dāng)上位機(jī)采用PPI協(xié)議指令和PLC進(jìn)行通信時(shí)，上位機(jī)能方便地讀取及寫入PLC所有存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù),。此外,，上位機(jī)還可以直接控制PLC的運(yùn)行和停止。使用PPI協(xié)議通信時(shí),，PLC內(nèi)部可以不用編程,，因此，通信快捷方便,，二者之間的數(shù)據(jù)傳輸速率高,。這也是本檢測(cè)系統(tǒng)選擇此種方案的主要原因。PPI通信協(xié)議是一種主從式的通信,，上位機(jī)為主機(jī),，PLC為從機(jī)，通信由上位機(jī)開(kāi)始發(fā)起,，PLC給予回應(yīng),。

3 檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 測(cè)控系統(tǒng)的通信模塊軟件設(shè)計(jì)

    VISA是美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)提供的一組針對(duì)儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)API函數(shù)。VISA可以控制USB﹑串口﹑以太網(wǎng)等通信設(shè)備,。在LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)下,，使用VISA與串口設(shè)備通信的步驟如下：(1)初始化端口。對(duì)串口通信的端口號(hào)﹑波特率﹑奇偶校驗(yàn)位﹑數(shù)據(jù)位進(jìn)行設(shè)定,，使其與PLC端口的參數(shù)一致,；(2)讀寫端口。利用串口讀寫函數(shù),， 從串口中讀入和輸出數(shù)據(jù),；(3)關(guān)閉端口。按照上述通信步驟編程實(shí)現(xiàn)了LabVIEW和西門子PLC的串口通信,，通信程序部分框圖如圖2所示,。

3.2 數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)

    數(shù)據(jù)采集是將壓力值、流量值等模擬量采集后轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并由計(jì)算機(jī)顯示,、分析和處理,。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分首先傳感器輸出的電流信號(hào)通過(guò)西門子PLC的EM235模擬量輸入模塊，西門子的模擬量輸入模塊會(huì)把采集到的相應(yīng)的模擬量電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量,，并把對(duì)應(yīng)的數(shù)字量存放在相應(yīng)的寄存器中,。這部分轉(zhuǎn)換由西門子PLC編程來(lái)完成,，傳感器采集到的壓力和流量存放在西門子PLC中相應(yīng)的AIW4、AIW6,、AIW8寄存器內(nèi),，為了方便上位機(jī)讀取西門子PLC中的數(shù)據(jù)，分別將AIW4,、AIW6,、AIW8中的各對(duì)應(yīng)的數(shù)值傳送到VW2、VW4,、VW6寄存器中,，這一部分在PLC編程軟件step7microwin中完成。

3.3 過(guò)濾精度檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)

    根據(jù)不同的檢測(cè)過(guò)濾材料,，進(jìn)行的多次通過(guò)檢測(cè)所需的系統(tǒng)流量是不一樣的,，過(guò)濾材料的最大壓差設(shè)定值也不一樣，這兩個(gè)參數(shù)值都是因材料制造廠商的不同而不同,?？紤]到檢測(cè)不同材料所需要的流量不同，本檢測(cè)程序采用PID控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn),。PID控制圖如圖3所示,。

3.4 基于LabVIEW的檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件設(shè)計(jì)

    在用LabVIEW編寫應(yīng)用程序時(shí)，很多情況下需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),、管理和查詢,。LabVIEW本身并不能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)，利用NI的附加工具包Database Connectivity對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接訪問(wèn),。該工具包的主要特點(diǎn)是：(1)支持所有與ODBC或OLEDB兼容的數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序,，具有高度的可移植性。(2)用戶通過(guò)改變ADO Connection Open.vi中的輸入?yún)?shù)Connection String就可以方便地更新數(shù)據(jù)庫(kù),。此外,，該工具包能很好地與Microsoft Access兼容。

    在使用LabVIEW工具包之前,，首先需要在Windows操作系統(tǒng)中的ODBC數(shù)據(jù)源中創(chuàng)建一個(gè)DSN(Data Source Name),。LabVIEW與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接就是建立在DSN基礎(chǔ)上的。采用LabVIEW的工具包與新建的DSN進(jìn)行新的數(shù)據(jù)庫(kù)連接程序圖如圖4所示,。

    此時(shí)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，包括添加數(shù)據(jù),、刪除數(shù)據(jù)等功能,。查詢數(shù)據(jù)庫(kù)的測(cè)試數(shù)據(jù)程序框圖如圖5所示。

3.5 檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表生成模塊設(shè)計(jì)

    報(bào)表也是檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,。數(shù)據(jù)庫(kù)作為一次數(shù)據(jù)源,，它時(shí)刻地記錄了檢測(cè)系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù),，適合作為后期各種數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)源。但是數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)量龐大,，不適合人工分析,，報(bào)表作為二次數(shù)據(jù)源正好彌補(bǔ)了數(shù)據(jù)庫(kù)的不足，可以很好地反映每次檢測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)情況,。報(bào)表生成程序如圖6所示,。

4 測(cè)試結(jié)果

    對(duì)完成通量檢測(cè)的多孔不銹鋼過(guò)濾材料進(jìn)行過(guò)濾精度檢測(cè)。檢測(cè)過(guò)程中,，系統(tǒng)自動(dòng)定時(shí)打開(kāi)過(guò)濾材料上下游相應(yīng)的電磁閥取樣,，采用顆粒計(jì)數(shù)器對(duì)樣品中的不同粒徑的個(gè)數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理,，最后得到過(guò)濾材料的過(guò)濾比β值與樣品中的不同粒徑的曲線如圖7所示,。

    由圖7的曲線可知，β值為75時(shí),，所對(duì)應(yīng)的微粒粒徑是13.7 μm,，所以此種多孔不銹鋼過(guò)濾材料的平均孔徑為13.7 μm。采用本套檢測(cè)平臺(tái)測(cè)試的多孔不銹鋼的通量為95.46 m³/（h.m².bar）,，平均孔徑為13.7 μm,。測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，采用此套系統(tǒng)測(cè)試的結(jié)果準(zhǔn)確性比較可靠,。

5 結(jié)論

    本文首先分析了全自動(dòng)完整性檢測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),，詳細(xì)描述了整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的通信方式并詳細(xì)探討了基于西門子PLC的PPI協(xié)議指令分析，再通過(guò)PLC的PPI指令完成與上位機(jī)LabVIEW的通信設(shè)計(jì),。此檢測(cè)平臺(tái)目前還不具備遠(yuǎn)程控制功能,，后期可以采用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線控制。

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