1．引言
爆破片爆破試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)是爆破片生產(chǎn)商安全生產(chǎn)的重要系統(tǒng)之一，爆破片試驗(yàn)的安全不但關(guān)系到人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，而且關(guān)系到爆破片生產(chǎn)公司的效益，爆破片生產(chǎn)公司要為客戶和認(rèn)證部門提供爆破片的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)表，所以對(duì)爆破片實(shí)驗(yàn)過(guò)程參數(shù)實(shí)時(shí)采集和管理至關(guān)重要。本系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，上位機(jī)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，采用VC++ 6.0開(kāi)發(fā)了運(yùn)行于WINDOWS環(huán)境的監(jiān)控管理軟件。下位機(jī)采用三菱FX-3U PLC控制采集溫度和壓力參數(shù)[3][5]。
在對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)分析后，將監(jiān)控管理軟件分解為相互獨(dú)立的功能模塊，本文先介紹系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，然后介紹軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最后介紹軟件的功能模塊和實(shí)現(xiàn)方法。
2．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
爆破片爆破試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)由壓力介質(zhì)源、壓力指示與爆破片壓力測(cè)量系統(tǒng)、溫度測(cè)量系統(tǒng)、加溫控制系統(tǒng)、安全防護(hù)設(shè)施組成如圖2.1。PLC完成了整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的直接測(cè)控任務(wù)，計(jì)算機(jī)上配置開(kāi)發(fā)測(cè)控系統(tǒng)管理與控制軟件，供操作人機(jī)進(jìn)行操作和管理，上位機(jī)測(cè)控軟件采用VC6.0編程。計(jì)算機(jī)采用RS232總線與 PLC控制器相連，采用串口通信發(fā)送工作站監(jiān)控工程師的控制命令，PLC接受控制命令后控制氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥或固態(tài)繼電器，實(shí)現(xiàn)壓力和溫度的調(diào)節(jié)。在沒(méi)有控制命令的情況下，計(jì)算機(jī)工作在定時(shí)中斷方式，系統(tǒng)每隔150MS，向PLC發(fā)送讀PLC命令，從PLC固定的地址，讀取溫度和壓力過(guò)程參數(shù)。過(guò)程參數(shù)的采集是通過(guò)5臺(tái)壓機(jī)溫度儀表和壓力變送器獲得，5臺(tái)壓機(jī)溫度儀表總壓顯示儀表與PLC采用RS-485總線通信，通過(guò)測(cè)量熱電偶和檢測(cè)壓力獲取壓機(jī)溫度和總壓。壓力變送器獲取爆破試驗(yàn)容器內(nèi)壓力傳入PLC。本系統(tǒng)采用兩級(jí)控制方式提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性[4]。

圖2.1 測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3．計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
WINDOWS程序是面向用戶的基于消息的事件驅(qū)動(dòng)程序，采用WINDOWS編程可提高人機(jī)交互性。本計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)如圖3.1，主要包括手動(dòng)測(cè)試模塊（包括自檢測(cè)試模塊、實(shí)驗(yàn)測(cè)試模塊、抽檢測(cè)試模塊、背壓測(cè)試模塊）；歷史數(shù)據(jù)顯示模塊；壓機(jī)溫度設(shè)置模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)曲線顯示模塊、報(bào)表動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及顯示模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與報(bào)表顯示模塊、爆破試驗(yàn)曲線回放模塊。

圖3.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)

3.2系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)
系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)如圖3.2、3.3所示。

圖3.2 系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)圖一

圖3.3 系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)圖二

3.3數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)
爆破試驗(yàn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，根據(jù)監(jiān)控的實(shí)時(shí)要求需要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)分為內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)和外存數(shù)據(jù)庫(kù)，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)是利用共享內(nèi)存技術(shù)將一塊文件與這塊內(nèi)存相聯(lián)系，再進(jìn)行內(nèi)存映射，保證響應(yīng)速度，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)串口驅(qū)動(dòng)程序接口模塊與下位的PLC采集的數(shù)據(jù)連接，根據(jù)采樣間隔時(shí)間將采集數(shù)據(jù)存入內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)溫度、壓力換算，曲線繪制、異常報(bào)警功能[6][7]。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)的接口主要是采用API接口實(shí)現(xiàn)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)爆破片設(shè)計(jì)部門提供的生產(chǎn)信息、材料信息、供應(yīng)信息和爆破試驗(yàn)產(chǎn)生的爆破試驗(yàn)信息用于產(chǎn)生客戶所需報(bào)表。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)如圖3.4，生產(chǎn)信息與材料信息是一一對(duì)應(yīng)，同一批次的爆破片可選擇不同的試驗(yàn)類型，所以生產(chǎn)信息表與爆破試驗(yàn)信息表是一對(duì)多的關(guān)系。

圖3.4 爆破試驗(yàn)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)表E-R圖

4．功能塊介紹
4.1 手動(dòng)測(cè)試模塊
手動(dòng)測(cè)試模塊實(shí)現(xiàn)手動(dòng)爆破試驗(yàn)的過(guò)程參數(shù)（溫度和壓力）實(shí)時(shí)采集與繪制溫度壓力曲線，其中X軸為時(shí)間、左縱軸為壓力、右縱軸為溫度。并將最終的爆破壓力、爆破溫度、爆破時(shí)間存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，將爆破曲線圖存入F盤。該過(guò)程將串口獲取的PLC采集到的溫度、壓力參數(shù)存入開(kāi)辟的一個(gè)內(nèi)存空間，在該內(nèi)存空間中完成數(shù)據(jù)的處理。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可通過(guò)鍵盤↑、↓鍵調(diào)節(jié)薄膜氣動(dòng)閥的閥位來(lái)調(diào)節(jié)壓力。退出時(shí)保存該實(shí)驗(yàn)過(guò)程的曲線圖。
爆破試驗(yàn)時(shí)，在不少于30s的時(shí)間內(nèi)，將裝置入口壓力升到最小爆破壓力的90%，并保壓不少于5s，然后穩(wěn)定連續(xù)增加壓力直至爆破或泄放。背壓試驗(yàn)時(shí)，要求試驗(yàn)腔內(nèi)壓力按一定的規(guī)律逐步升壓至設(shè)定的保壓值，在設(shè)置的保壓時(shí)間間隔后逐步釋放壓力。
爆破曲線繪制采用雙緩存技術(shù)，現(xiàn)在內(nèi)存建立一個(gè)虛擬屏幕，上位機(jī)利用MSCOMM控件與PLC通信，通過(guò)定時(shí)器觸發(fā)獲取實(shí)時(shí)參數(shù)，將參數(shù)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，再將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)處理后的溫度、壓力信息繪制到內(nèi)存虛擬屏幕上，最后將繪好的圖像拷貝到顯示屏幕上?？杀苊庵苯釉谄聊簧现乩L產(chǎn)生的屏幕閃爍現(xiàn)象[8]。
運(yùn)行結(jié)果如圖4.1所示，紅線為壓力曲線，白線為溫度曲線，實(shí)際測(cè)得爆破壓力為2.542 MPA，爆破溫度為99.5 ℃，爆破時(shí)間為58 S，顯示為全屏顯示。按ESC鍵退出時(shí)發(fā)送停止采集命令。如圖所示采用如上的技術(shù)方法畫出的曲線清晰，無(wú)屏幕閃爍情況，采用串口MSCOMM控件并設(shè)置定時(shí)器中斷采集，能夠快速采集到PLC獲取的溫度和壓力信號(hào)，采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，將數(shù)據(jù)處理放入內(nèi)存處理，能夠使數(shù)據(jù)被快速繪出，按下ESC鍵后可將爆破壓力、溫度、時(shí)間存儲(chǔ)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖4.1 爆破試驗(yàn)實(shí)時(shí)曲線結(jié)果

4.2 歷史數(shù)據(jù)處理模塊
歷史數(shù)據(jù)處理模塊，根據(jù)用戶輸如的批號(hào)要求，在客戶區(qū)繪制數(shù)據(jù)報(bào)表，該數(shù)據(jù)報(bào)表的數(shù)據(jù)源來(lái)自于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)采用ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)。
4.3 溫度設(shè)定模塊
通過(guò)MSCOMM控件和三菱FX-3U通信協(xié)議分別將5臺(tái)壓機(jī)最終加熱溫度和強(qiáng)制加熱溫度寫入PLC，同時(shí)發(fā)送加熱開(kāi)始命令，PLC接收到加熱溫度、加熱命令后，先將壓機(jī)溫度加熱到強(qiáng)制加熱溫度，再通過(guò)PID控制調(diào)節(jié)參數(shù)使壓機(jī)保持在最終加熱溫度附近。加熱過(guò)程中上位機(jī)可發(fā)送停止命令，停止壓機(jī)加熱。控溫范圍為-40-500℃,控制精度達(dá)到±2℃。
4.4 爆破曲線回放模塊
實(shí)現(xiàn)將爆破片爆破試驗(yàn)曲線以圖片的形式存入到文件夾中，用戶如需查看已進(jìn)行過(guò)的試驗(yàn)，單擊曲線回放按鈕在彈出的對(duì)話框中輸入批號(hào)和序號(hào)，即可調(diào)用API函數(shù)將文件夾里的圖片打開(kāi)[1][2]。
4.5 報(bào)表設(shè)計(jì)與報(bào)表預(yù)覽
為提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性，本系統(tǒng)集成水晶報(bào)表10.0，通過(guò)添加水晶報(bào)表控件到項(xiàng)目工程，調(diào)用報(bào)表設(shè)計(jì)控件和報(bào)表顯示控件，用戶可根據(jù)自己的需求設(shè)計(jì)報(bào)表，但針對(duì)爆破片生廠商的特殊需求也設(shè)計(jì)了固定的報(bào)表如客戶要求對(duì)每月的合格率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)同時(shí)將不合格的批號(hào)顯示出來(lái)，報(bào)表效果圖如圖4.2所示。

圖4.2 爆破片試驗(yàn)報(bào)告報(bào)表

5．小結(jié)
本系統(tǒng)采用分布式控制方式，上下微機(jī)采用串行通信方式，上微機(jī)采用事件驅(qū)動(dòng)實(shí)時(shí)對(duì)PLC進(jìn)行讀取和傳輸數(shù)據(jù)，采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提高對(duì)時(shí)間要求較高的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理，采用雙緩存技術(shù)避免了動(dòng)態(tài)繪圖時(shí)客戶區(qū)重繪產(chǎn)生的屏幕閃爍問(wèn)題。同時(shí)系統(tǒng)集成了水晶報(bào)表控件，提供報(bào)表二次開(kāi)發(fā)環(huán)境，用戶可設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)各種類型的報(bào)表，使用靈活方便。整個(gè)工程項(xiàng)目已經(jīng)應(yīng)用于華理安全裝備有限公司，提高了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化水平和效益。