基于LABVIEW的轮胎生产设备信息系统

1、虚拟仪器技术 电 子 测 量 技 术 E L E C T R O N I C M E A S U R E M E N T TE C H N O L O G Y 第 34卷 第 12期 2011年 12月 基于 L A B V I E W 的轮胎生产设备信息系统徐 胤 1 李军超 1 尤 炜 1 刘伟男 2(1. 天津赛象科技股份有限公司 天津 300384; 2. 沧州供电公司 沧州 061000摘 要 :针对传统轮胎生产设备信息系统的不足以及企业提出的新的要求 , 开发了基于 L A B V I E W 的轮胎生产设备 信息系统 。 以虚拟仪器图形化开发平台 L A B V I E W 为基

2、础 , 将 D a t a S o c k e t 技术与 O P C 技术结合 , 对传输数据进行打 包处理 , 优化了数据结构 , 进而实现与 P L C 的高效数据通信 。 P L C 通过外围传感器实现 轮 胎 设 备 运 行 状 态 的 数 据 采 集 、 远程传输和分析处理功能 。 该系统不但 可 对 生 产 过 程 进 行 实 时 监 测 和 远 程 控 制 , 同 时 提 高 了 扩 展 性 及 跨 平 台 能 力 ,缩短了二次开发周期 , 降低了生产成本 。 现场应用中该系统运行稳定可靠 , 符合生产要求 。 关键词 :L A B V I E W ; 信息系统 ; 轮胎设备

3、; P L C ; O P C ; D a t a S o c k e t 中图分类号 :T P 274+. 2 文献标识码 :AI n f o r m a t i o n s y s t e m o f t y r e p r o d u c t i o n e q u i p m e n t b a s e d o n v i r t u a l i n s t r u m e n t t e c h n o l o g yX u Y i n 1 L i J u n c h a o 1 Y o u W e i 1 Li u W e i n a n 2(1. I n f o r m a t

4、i o n E n g i n e e r i n g L a b o r a t o r y , T i a n j i n S a i x i a n g T e c h n o l o g y C o , . L t d , T i a n j i n 300384; 2. C a n g z h o u P o w e r S u p p l y C o m p a n y , C a n g z h o u 061000 A b s t r a c t :I n o r d e r t o o v e r c o m e t h e i n f o r m a t i o n s y

5、 s t e m d e f i c i e n c i e s o f t r a d i t i o n a l t y r e m a n u f a c t u r i n g e q u i p m e n t , t h e i n f o r m a t i o n s y s t e m o f t y r e p r o d u c t i o n e q u i p m e n t b a s e d o n t h e v i r t u a l i n s t r u m e n t i s p r o p o s e d . B a s e d o n L A B V

6、 I E W , c o m b i n e d w i t h D a t a S o c k e t t e c h n o l o g y a n d t h e O P C s t a n d a r d , t h e s y s t e m c a n p a c k t h e t r a n s m i s s i o n d a t a a n d c o m m u n i c a t e w i t h p r o g r a m m a b l e l o g i c c o n t r o l l e r s . P L C a c h i e v e d t h e

7、 f u n c t i o n s o f d a t a a c q u i s i t i o n , r e m o t e t r a n s m i s s i o n , d a t a a n a l y s i s a n d m a n a g e m e n t o f t y r e p r o d u c t i o n e q u i p m e n t b y t h e s e n s o r s . T h i s d e s i g n n o t o n l y c o u l d m o n i t o r a n d r e m o t e c o n

8、 t r o l t h e p r o d u c t i o n e q u i p m e n t , b u t a l s o u n d e r l i n e d t h e e x p a n d a b i l i t y a n d m u l t i -p l a t f o r m f l e x i b i l i t y o f t h e s ys t e m , w h i c h c a n s h o r t e n t h e r e -d e v e l o p m e n t c y c l e a n d r e d u c e t h e c o

9、s t o f i n d u s t r i a l p r o d u c t i o n . T h e a p p l i c a t i o n o f t h i s s ys t e m s h o w s t h a t i t i s r e l i a b l e i n p r o d u c t i o n p r o c e d u r e , a n d i t m e e t s p r o d u c t i o n r e q u i r e m e n t s . K e yw o r d s :L A B V I E W ; i n f o r m a t

10、 i o n s y s t e m ; t y r e e q u i p m e n t ; P L C ; O P C ; D a t a S o c k e t 本文于 2011年 9月收到 。 0 引 言随着国民经济发展 , 汽车普及度提高 , 轮胎在生产生活 中需求量日益增加 , 特别是载重胎市场 受 物 流 业 持 续 繁 荣 的影响呈现爆发式增长 。 因此 , 轮胎企业对生产规模 、 产品 质量 、生产设备信息化程度提出了更高的要求 1-2。传统轮胎企业生产设备信息采集及处理普遍采用基于 特定自动控制系统的监控方式 , 随着轮 胎 生 产 工 艺 复 杂 度 的提高 ,对系统可

11、靠性 、 控制精度以及不同生产设备实现信 息交互与统一化管理的能力也提出了新的要求 3-4, 传统的单一监控技术已无法满足行 业 发 展 需 求 。 因 此 , 需 要 开 发 新一代 轮 胎 设 备 信 息 系 统 以 保 证 生 产 ,提 高 行 业 技 术 水平 5。 本系统针对传统监控技术扩展性 、 通用性 、 自动化程度 的不足 , 利用虚 拟 仪 器 多 核 数 据 处 理 的 优 势 , 构 建 了 基 于 L A B V I E W 开发平台的 大 型 轮 胎 设 备 远 程 信 息 系 统 ,采 用 科学高效的设备运行数据采集方法 , 在 降 低 系 统 成 本 的 同 时

12、, 提高了设备运行的可靠性和工作效率 。1 系统结构及工作原理系统整体由 轮 胎 设 备 (以 成 型 机 为 例 、 P L C 控 制 器 、 工控机 3大部分组成 。 系统整体结构如图 1所示 。生产过程中 , 轮胎成型机 通 过 外 围 传 感 器 实 时 的 将 现 场需要监控的非电信号转化为标准电信号 , 通过 P L C 控制 器外部 I /O 模块传入 P L C 控制单元 , 并按照程序流程进行 逻辑 运 算 处 理 , 处 理 结 果 传 入 O P C 服 务 器 ,同 时 采 用 ·88·徐 胤 等 :基于 L A B V I EW 的轮胎生产设备信

13、息系统 第 12期D a t a S o c k e t 技术实现 O P C 服务器与上位机通信 ,上位机信 息系统对数据进行处理并通过触摸屏 显 示 , 同 时 将 数 据 通 过以太网传输至企业数据中心 , 以便工 作 人 员 对 数 据 进 行 查询和分析 。 图 1 系统整体结构同时 , 工作人员根据系统对现场实时数据的分析结果 , 结合生产的即时需求 , 可以通过操作面 板 或 触 摸 屏 对 生 产 过程进行 控 制 。 控 制 信 号 通 过 O P C 服 务 器 下 传 到 P L C中 , P L C 对信号进 行 逻 辑 处 理 , 并 根 据 处 理 结 果 控 制

14、气 动 阀门或伺服驱动器 , 以便后续控制气缸或电机动作 , 从而完 成工作人员控制需求 。2 硬件设计系统硬件部分以 P L C 为 控 制 核 心 , 通 过 伺 服 系 统 、 电 动元件 、 气动元件等执行机构以及各种 现 场 开 关 信 号 反 馈 元件组成负反馈闭环控制系统 。 2. 1 PL C 控制 P L C 采 用 R o c k w e l l 公 司 的 1756-L 61C o n t r o l L o gi x C P U 和 F L E X 式 数 字 量 、 模 拟 量 I /O 模 块 , C o n t r o l L o gi x 控制器具有极强的网络功

15、能 , 支持上千个节点的控制系统 , 并通过 N e t L i n x 网络构架实现与外部接口模块的通信 。 P L C 系统控制器采用冗余设计 , 将 2个 C P U 模块分别 置于 2个机架上 , 每个机架上还有通信模块 C N B R 、 热备模 块 S R M 和 2个热备模块间的连接光缆 。 采用冗余设计后 , 如果其中一个控制器出现问题 , 冗余系 统 自 动 启 用 另 一 控 制器 , 提高了系统运行的可靠性和安全性 , 如图 2所示 。本系统将各网络协议优 势 与 实 际 硬 件 资 源 综 合 考 虑 , 做出如下配置 :1 2个冗余控制器通过热备模块通信 , 与远 程

16、 机 架 通 过 C o n t r o l N e t 网络通信 ;2 远程机架与工控机通过 E t h e r N e t /I P 网络通信 ;3 P L C 控制器与 底 层 变 频 设 备 、伺 服 控 制 器 、分 布 式 I /O 通过 D e v i c e N e t 网络通信 。图 2 P L C 控制系统结构2. 2 跨平台扩展实际应用中 , 根 据 用 户 需 要 , P L C 控 制 系 统 还 可 采 用M i t s u b i s h i 公司 的 Q 02H C P U 、 S i e m e n s 公 司 的 S 7系 列 和C -m o t i o n

17、 运动控制系统 。 Q 02H C P U 和数字量 、 模拟量 I /O 模块通过 C C -L I N K 总线通信 。 S 7系列控制系统模块间 通过 P R O F I B U S 总 线 通 信 , 与 上 位 机 通 信 需 要 依 赖 S T E P 7和 S i m a t i c N e t 软件 。3 软件设计系统软件部分主要包括 :数据通信 、 L A B V I E W 软件设 计及 P L C 软件设计 。 3. 1 数据通信本系统基于 L A B V I E W 平台 , 通过 D a t a S o c k e t 技术连 接 O P C 服务器与 P L C 进

18、行数据交互 。 L A B V I E W 平台可 以同时与多个 O P C 服 务 器 连 接 , 每 一 个 O P C 服 务 器 也 可 同时与多个 P L C 连接 , 用户可以根据需要自行定 义 、 增 加 和删除 。3. 1. 1 D a t a S o c k e t 技术D a t a S o c k e t 技 术 是 一 种 基 于 T C P /I P 标 准 的 编 程 技术 ,其将复杂的底层数据高度封装为简单友好的输出参数 , 大大简化了同一计算机内部或不同计算机间应用程序的数 据交换过程 。 D a t a S o c k e t 技 术 可 应 用 于 任 何

19、编 程 环 境 ,且 支持多种通信协议 6。 3. 1. 2 O P C 技术O P C 技术是基于 W i n d o w s N T 技术的 O L E , 其本质是 O P C C l i e n t , 通过开放的标准化通信方式与 O P C S e r v e r 通 信 , O P C 规范定义的标准接口使得不同厂家硬件的连接易 于实现 ,同时软件开发人员无需编写底层驱动程序 , 从而缩 短开发周期 ,降低开发费用 7。 3. 1. 3 D a t a S o c k e t 技术与 O P C 技术的绑定本系统根据传输参 数 特 征 在 O P C 服 务 器 中 创 建 相 应

20、 标 签 , 并 与 D a t a S o c k e t 变 量 地 址 进 行 绑 定 , 实 现·98· 第 34卷 电 子 测 量 技 术D a t a S o c k e t 技术对 O P C 服 务 器 的 访问 , 进 而 连 接 O P C 服 务器和上位机程序 , 如图 3所示 。 图 3 D a t a S o c k e t 程序流程采用这种方法的优 势 在 于 :数 据 传 输 快 速 、 准 确 , 如 需 更换 P L C 型号不需 要 重 新 编 写 通 讯 程 序 , 只 需 对 O P C 服务器进行简单设置即可重新连接 , 从而 克

21、服 了 传 统 监 控 技 术扩展性 、 通用性的不足 。 3. 1. 4 数据结构轮胎生产设备传感器密集 ,信息集成度高 , 如不进行数 据结构优化 , 系统中将同时有数千个数据实时刷新 , 严重影 响通信效率及稳定性 。 为解决 这 一 问 题 , 本 系 统 将 与 传 感 器对应的 I /O 状态位组合为无符号整形数据并进 行 传 输 。 L A B V I E W 读入整形数 据 后 将 其 转 化 为 一 维 布 尔 数 组 ,进 而获得生产设备相关状态 , 极大地降低了通信量 8。 3. 2 LA B V I E W 软件设计 上位机采用 N I 公司的 L A B V I E

22、W 作为信息系统开发 软件 。 L A B V I E W 开发环境面向对象 , 可与网络 、 外设任意 集成 ,开放性高 , 灵活性强 , 开发周期短 9-10。 本系统中 , 上位机软件主要负责接收 P L C 发送来的数 据 , 并对数据进行处理 , 进而实现对生产过程的监测 、 诊断 、 控制及相关 数 据 的 分 析 和 存 储 。 软 件 设 计 采 用 模 块 化 处 理 ,便于二次开发时功能的任 意 整 合 。 系 统 主 界 面 运 行 画 面如图 4所示 。 图 4 主界面运行画面3. 2. 1 系统初始化L A B V I E W 通过访问保存在项目中的加密配置文件实 现

23、系统的初始化 ,包括 3个步骤 :打开加密文件 , 读取 /写入 数据 , 关闭加密文件 。 系统开始运行时 , 读取配置文件数据 对程序中相关变量进行初始化赋值 ; 系统结束运行时 , 将程 序中相关变量写入配置文件进行保存 , 以 便 下 次 运 行 时 进 行初始化操作 。 3. 2. 2 功能实现本信息系统包括权 限 管 理 、 配 方 管 理 、 生 产 管 理 、 信 息 管理 4大功能 。1权限管理 本系统根据实际生 产 情 况 ,划 分 出 管 理 者 、 工 程 师 、 维 修工和操作工 4种权限级别 , 通过登 录 者 用 户 名 和 密 码 判 断其权限级别 , 确保设备

24、安全运行 。如果登录者具有管理者权限 , 即可进入用户管理界面 , 添加 、 删除数据库中用户组和用户或者修改其权限 。2配方管理 生产配方相关数据保存 在 项 目 数 据 库 中 ,用 户 可 以 根 据轮胎成型工艺需求通过监控画面修改配方参数并保存至 数据库 , 同时将新的配方参数传送到 P L C 进行生产 。3生产管理 系统获取生产设备相关状态 ,通过触摸屏显示 , 方便用 户对现场实时状态进行监控 , 并可对相 关 数 据 进 行 表 格 化 处理和曲线分析 ,生成报表 。 同时 , 用户可以通过操作面板 和触摸屏对生产设备进行远程控制 , 完成相应生产步骤 。本系统采用轮询 方 式

25、 从 P L C 读 取 设 备 报 警 状 态位 数 值 ,如果设备存在故障 , 系统分别以表格和图形的形式直观 清晰地显示报警内容和报警点位置 , 如图 5所示 , 其中白色 区域为供料架报警点 。图 5 报警显示4信息管理 本功能用于记录单条轮胎产品的具体信息 , 如条形码 、·09·徐 胤 等 :基于 L A B V I EW 的轮胎生产设备信息系统 第 12期胎重和用时等 。 条形码通过 R S 232接口的 K e y e n c e B L -70手持式条码枪录入 , 胎重由以 太 网 接 口 的 电 子 称 获 取 。 系 统利用 L a b V I E W

26、 自带的 d a t a b a s e 函数通过 O D B C 数据库 访问接口对数据库进行读写访问 ,将单条 轮 胎 产 品 具 体 信 息存储至项目数据库 , 以便对历史生产数据调用 、 分析和处 理 , 如图 6所示 。 图 6 显示记录信息3. 3 PL C 软件设计 P L C 程序 通 过 R S l o gi x 5000软 件 进 行 开 发 , 主 要包 括 初始化 、 组态 、 I /O 操作 、 状态判断和程序控制五部分 , 程序 流程图如图 7所示 。 图 7 P L C 程序流程其中自动控制实现轮胎 生 产 过 程 中 的 复 合 件 贴 合 、 子 口贴合 、

27、帘布贴合 、 滚压帘布 , 垫胶贴合 、 取胎体筒 6个步骤 自动顺序执行 , 手动控制则根据用户操 作 以 任 意 顺 序 执 行 以上 6个步骤 。4 结 论本系统根据实际工程需要 , 提出了基于 L A B V I E W 开发平台 , 采用 D a t a S o c k e t 技 术 通 过 O P C 服 务 器 与 P L C 进 行数据通信的设计理念 , 将 P L C 输入数据进行打 包 处 理 , 优化了数据结构 。 实现了实时 数 据 的 批 处 理 , 提 高 了 通 信 效率 。 在保证开发周期 、运行性能和系统可靠性的前提下 , 增强了系统的扩展性和通用性 , 使得本 系 统 可 以 适 用 于 不 同厂家设备 , 降低了生产成本 , 提高了生产效率 。参 考 文 献1 斯蒂芬 ·哈格 .信息时代的管理信息系统 M . 北 京 :机械工业出版社 , 2007:98.2 陈明星 ,朱 灵 , 张 龙 , 等 . 基 于 L A B V I E W 的 光 纤 傅 里 叶变