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)品的氣密性測試，顯得相當必要。然而現(xiàn)有技術(shù)中，在采用壓力表法時，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)封堵增加了漏氣風險，而且壓力表法不利于對每一個產(chǎn)品的氣密性進行準確的估判，也無法實現(xiàn)氣密性測試的量化。

隨著設(shè)備柔性的不斷提高和智能制造的不斷發(fā)展，對軟件系統(tǒng)的算法和人機交互界面的編程要求越來越高，不但需要軟件功能的準確實現(xiàn)，還追求軟件系統(tǒng)的開發(fā)效率，即要求所用的軟件開發(fā)平臺操作簡單，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、存儲數(shù)據(jù)要求比較高的場合，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、存儲的同時，還縮短了開發(fā)時間[1]。

1 LabVIEW軟件簡介

LabVIEW屬于用圖符代替復(fù)雜文本編程語言，創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程方式。常規(guī)文本編程語言是根據(jù)不同的語句、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)點線，可以通過圖符編程對前面板上的控件對象進行控制。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，包含TCP/IP、ActiveX的庫函數(shù)。在實際使用中，他的功能強大且非常靈活。利用它可以方便快捷地建立自己獨有的專業(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、圖標和概念，編程及使用過程都生動有趣[3]。

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

2 方案設(shè)計

■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管路中，然后通過上位機控制關(guān)斷高壓氣源，電磁閥按照上位機的要求準確控制氣流平衡，再關(guān)斷另一端的平衡電磁閥，氣密性檢測通過被試件與標準件同一氣路相連接的精密壓差傳感器，在設(shè)定的驗證時間內(nèi)（本例中一般為30分鐘）試件與標準件的壓差值,安裝產(chǎn)品要求的標準，這個壓差值在范圍之內(nèi)，即可判定為產(chǎn)品合格。

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

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

PLC控制部分是整個系統(tǒng)中功能實現(xiàn)的部分，主要負責給待測管件提供氣壓，即管控氣源的開關(guān)；采集被測管件的實時氣壓；提供定時器，為被測管件的保壓時間提供基準。PLC在采集被測管件實時氣壓的同時，與標準氣壓進行比對，只要在保壓時間內(nèi)實時氣壓不低于標準氣壓則判斷被測管件的為合格產(chǎn)品，否則則認為是不合格產(chǎn)品。PLC在進行氣密性測試的過程中需要與人機交互界面進行實時數(shù)據(jù)交換。上述提到的氣源開關(guān)閉合與斷開信號、實時的氣壓數(shù)據(jù)、測試結(jié)果和測試時間等都需要與人機交互界面交換。PLC與人機交換界面之間通過一根網(wǎng)線進行連接，數(shù)據(jù)通過TCP/IP協(xié)議進行傳輸。

人機交互界面由LabVIEW編程而成，負責與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、報警顯示、報表輸出保存、報表打印、功能及信息輸入等。

■2.2 人機交互架構(gòu)設(shè)計

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

上位機程序部分主要功能設(shè)計如下：

數(shù)據(jù)交換：從下位機PLC采集相關(guān)過程數(shù)據(jù)，如實時壓力值，以及上位機向下位機傳達的信號，如氣源開關(guān)信號，通過TCP/IP實時實現(xiàn)上位機與下位機的通訊。

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

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

報表打?。涸诮缑嫔显O(shè)有調(diào)用打印機功能，可以將報表等打印成紙質(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，每次電腦開機也能夠自動調(diào)出上次的參數(shù)設(shè)置。

數(shù)據(jù)存儲：所有的數(shù)據(jù)存儲在本地電腦的數(shù)據(jù)庫中，由于是試驗設(shè)備，根據(jù)客戶的需求，所有歷史數(shù)據(jù)存儲在本地Access數(shù)據(jù)庫里。

3 具體實施

■3.1 算法流程

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

圖2 算法流程圖

■3.2 人機交互界面功能實現(xiàn)

LabVIEW主界面如圖3所示。本設(shè)計方案利用與PLC連接，控制氣密性檢測設(shè)備進行氣密性檢測。

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)存儲處理、報表鏈接、報表輸出等組成

當系統(tǒng)連續(xù)運行時，首端壓力表與末端壓力表可以實時查看氣密性測試設(shè)備中整體的氣體壓力，便于操作人員實時了解。其中寫整數(shù)、讀整數(shù)、寫浮點數(shù)、讀浮點數(shù)對應(yīng)的每一排可從面板根據(jù)Q0.0-Q0.7、M01.0-M1.7布爾是否點亮來查看通斷。M0.0-M0.7也可以進行手動點亮。

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

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

圖3 LabVIEW主界面

圖4是壓力曲線圖對應(yīng)的檢測記錄表，表中可以記錄檢測機構(gòu)、檢測部門、報告編號、檢測日期、產(chǎn)品型號、產(chǎn)品規(guī)格、檢驗員、審核員、檢測設(shè)備、檢測標準、保壓壓力、保壓時間等參數(shù)。

在實際操作過程中，操作人員需要結(jié)合被測管件的技術(shù)要求來進行操作，技術(shù)要求如表所示。對壓力曲線表的一些參數(shù)進行編輯輸入，例如：檢測機構(gòu)輸入上海長遠電子材料有限公司，檢測部門輸入質(zhì)量部，報告編號和檢測日期不需要輸入，系統(tǒng)會自動生成，產(chǎn)品型號和產(chǎn)品規(guī)格都要輸入對應(yīng)的型號和規(guī)格，另外還需要輸入檢驗員和檢查員的名字，檢測設(shè)備和檢測標準可輸入也可不輸入，保壓壓力和保壓時間都需要進行設(shè)置，完成上述操作后，生成壓力曲線表時就會生成如圖4所示的圖表。

表1 技術(shù)要求

圖4 檢測報告相關(guān)參數(shù)

其中表格中壓力曲線Y軸取值范圍設(shè)計為可調(diào)整的方式，可以根據(jù)產(chǎn)品的實際需求來調(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表格里面的檢測機構(gòu)、檢測部門、報告編號、檢測日期、產(chǎn)品型號、產(chǎn)品規(guī)格、檢驗員、審核員、檢測設(shè)備、檢測標準、保壓壓力、保壓時間等參數(shù)都可以在LabVIEW主界面中設(shè)置。

4 結(jié)論

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

設(shè)備的過程控制可以交給PLC來處理。LabVIEW與PLC進行數(shù)據(jù)交互，可以更好進行數(shù)據(jù)處理、報表處理、數(shù)據(jù)存儲等。這種LabVIEW與PLC結(jié)合的方法在實際應(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)用實現(xiàn)開發(fā)周期短，人機交互內(nèi)容功能強大，并且滿足數(shù)據(jù)采集與處理，同時可以更好的服務(wù)生產(chǎn)和檢測，提高產(chǎn)品質(zhì)量，檢測結(jié)果更加精確；操作比較簡單，測試過程快捷高效。