基于人机界面的液压万能试验机设计改造

刘美玲

摘 要：在液压万能试验机的使用中，由于其使用性能及效率相对较低，因而需要通过科学的设计和改造措施来提升设备的使用效率。本文主要探究液压万能试验机的设计和改造，主要介绍上位机、OPC Server和下位机的设计和改造，希望通过本文的探究，在液压万能试验机的设计中，可以合理的引进PLC技术以及人机界面技术。

关键词：人机界面；液压万能试验机；设计改造

中图分类号： TG315.4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）03-168-2

0 引言

在部分学校的教学中，通常需要采用试验设备来进行教学，而由于学校的经费问题，导致其采用使用年限较长的实验设备，其面临淘汰，但是需要用于生产，而设备的运行及操作方式相对较为落后，无法满足生产及教学需求，因而需要通过技术改造的方式来提升设备的使用性能，以便可以提升设备的经济效益。而基于人机界面的万能试验机设计和改造是提升设备使用性能的重要手段，加强对其探究具有重要的意义。

1 设计改造动因及方法

在本校的万能试验机运用中，主要存在两台液压万能试验机，其液压传动系统经过人为的改造，主要是对送油阀以及回油阀的操作系统进行调整，可以显示液压系统的压力变化，将系统的压力变化反映在仪表中，对于压力的测试结果，通过纸带进行输出，但是万能实验机的整体效率相对较为低下，无法满足生产及教学的需求，在此情况下，需要加强对液压万能试验机的设计和改造。

在现阶段的控制技术中，PLC技术以及软件技术已经逐渐应用于自动化的控制系统中，通过采用PLC控制和监控，可以将相关数据传输到计算机软件中，继而通过计算机软件来实现对系统的操控和监督，可以提升系统的自动化性能，因此，结合PLC数据采集技术以及计算机软件的控制技术来改造万能实验机具有重要的意义。本次研究主要结合学校的西门子S7-200PLC进行数据收集，同时采用WINCC软件对液压万能试验机进行可视化的管理操作，从而对液压万能试验机进行设计和改造，以此来提升设备的整体使用性能。

2 液压万能试验机的系统架构

液压万能试验机由于使用年限相對较长，因而不适合对设备的送油阀及回油阀进行改造，而是对电极的控制及数据处理方式进行设计和改造，其主要系统架构如下：

机械部分：其在液压回路安装传感器检测压力，可以将原尺寸装置拆除，安装位移传感器。

电气组成：采用西门子S7-200PLC下位机，可以接受传感器传递的信号，同时可以实现对电机的控制，在系统中，将PC端作为上位机，通过计算机软件，可以实现上位机与下位机之间的数据交换，同时可以实现对数据的监控和处理。

WinCC是人机界面软件，其具有多个接口，可以实现通信通道的数据交换，同时可以实现自动化设备接口的通信过程。

OPC是基于COM/DCOM技术的软件，其用于服务器的技术规范，通过技术转让协议，可以实现PC与设备之间的数据交换服务。

PC软件是PLC软件开发的服务器软件，可以实现与PLC系统的通信，支持多项通信协议。PPI协议在信息链接中，只需要通过连接线即可完成，配置简单，且有效范围可以达到50m。

S7-200PLC设备是控制器，通过AI、DI以及AO等数据处理指令，可以实现对继电器的操控，同时可以提升设备的自动化水平。

3 下位机的设计改造

在液压万能试验机的设计和改造过程中，将S7-200PLC作为系统的下位机，可以实现对压力传感器以及位移传感器的实时动态数据采集，继而可以实现对系统设备的整体监督和控制，通过对数据的采集，经过计算机软件的处理，可以实现对电极和位移的启动和停止操作，在与PC机的连接通讯过程中，通常采用PPI方式进行解决，通过分析发现，其I/O地址分配情况如表1所示。

通过表中的数据可以看出，在万能实验机的操作中，通过I/O地址的分配情况，可以明确PLC的操作职能，同时通过操作相应的开关，即可完成液压万能试验机的操作，因而操作相对较为便捷，可以提升设备的操作效率。另外，在系统的操作中，对于模拟量的操作，需要通过可视化的管理进行调整，其有利于工作人员的修改和调试。总之，在下位机的设计和改造过程中，通过PLC和软件操作系统，可以最为便捷的实现对设备的改造。

4 OPC Server系统配置

OPC是以微软的COM/DCOM技术为依托，来达成自动化控制的协定。以COM为例，对OPC Server的原理进行说明。COM是一类发展软件组件的方法，发展自订的COM对象与构建一套动态执行的对象导向API相似，用户可在应用程序执行过程中将所需组件或既有组件随意拼接或移除。在实际操作过程中，COM通过各组接口Interface来提供服务，而OPC规格中则通过对多种OPC Server应提供的接口进行定义，进而实现OPC Server COM组件的撰写。对于本文涉及改造的液压万能试验机而言，在对OPC Server进行配置时，应在PC access当中将通讯属性设置为PPI方式，且同S7-200 PLC具有一致的PPI网络地址。在此基础上，将同上位机监控变量名称与地址相对应的具体变量，如横梁升降按钮与停止按钮、液压电动机起停按钮和压力通道与数据等予以添加，并对所添加的变量进行测试，待测试合格后，确定最终配置。在全部配置结束后，将该软件设定为开机自动运行。

5 上位机的设计改造

以WinCC组态软件对项目进行构建。首先，构建OPC的驱动连接方式，从所选的S7-200 OPC Server当中将各变量导入至项目当中，需要说明的是，在导入过程中，相应的压力与位移变量应做标定处理。主画面共分菜单区、监控区以及导航区三部分，其中，菜单区主要包括用户登录与注销、系统退出、系统帮助、参数项设置等模块。在激活相应菜单项后，会弹出相应对话框以便用户操作。导航区主要包括压力位移、压力时间以及数据记录与系统退出等模块，同样，在电机相应按钮后，则会出现与之相对应的对话框以便用户操作。在监视区方面，主要包括了子画面窗口以及操作控板界面两部分，其中，子画面窗口是对液压万能试验机各部分工况的监测画面，通过点击按钮将激活相关画面，例如激活液压万能试验机的压力位移在线趋势图，并将画面显示在监控区域中，为用户对液压万能试验机的查询和控制提供便利。而界面按钮控件在激活后，则会授权给相应的Student和Teacher用户。操作面板界面主要负责将实验材料属性的有关信息显示给用户，同时，实现对液压电机的控制。需要说明的是，操作面板中的材料属性界面还包含了人工输入选项和经由计算得到的结果项，对于用户而言，其能够通过激活子画面的数据开展计算，并将相关信息显示在屏幕上。在电机控制方面，液压万能试验机的电机既能够通过按钮实现控制，也能够通过人机界面实现精准操控。

6 结语

在液压万能试验机的使用中，需要对其进行设计和改造，可以提升设备的整体使用性能。希望通过本文的分析，在液压万能试验机的设计和改造中，可以引进PLC技术和人机界面软件，从而可以对上位机、下位机及操作系统进行设计和改造，以此来提升设备的整体使用性能。