基于智能閥門定位器的自動檢測系統(tǒng)

2014-09-10 趙俊奎重慶川儀自動化股份有限公司技術中心

　　在工業(yè)過程自動化控制中，智能閥門定位器作為調節(jié)閥的重要附件，同樣發(fā)揮著巨大作用。在我司以往的智能閥門定位器生產過程中，均用的是手動安裝，人為的調試以及填寫測試單等工作，有很多人為因素會影響調試結果。為了更方便、更準確、更穩(wěn)定、更精確的檢測定位器性能，就有必要設計一個自動裝夾、測試以及輸出測試單的裝置。本方案目的是完成定位器的自動裝夾、自動檢測、自動輸出測試單和合格證、銘牌等。

　　具體要求完成對定位器信號的采集，并計算出相應的基本誤差、回差、死區(qū)等參數(shù)。需要滿足裝夾簡單快捷、測試迅速、盡可能的自動化等要求。

1、總體設計

　　如圖1所示，該系統(tǒng)主要由上位機(計算機)、基本單元PLC控制單元、擴展AD轉換模塊、擴展DA轉換模塊、角位移編碼器和壓力傳感器、執(zhí)行機構、被測定位器等組成。上位機主要通過發(fā)送ASCII碼啟動指令控制PLC執(zhí)行上位機指令，順序的輸出4、8、12、16、20mA的數(shù)字量信號，并記錄所有定位器在輸入信號下定位器的角度編碼器的顯示值，和壓力傳感器上的顯示值，同時上位機采集定位器在mA信號的傳輸時正行程標準點數(shù)據(jù)和逆行程的標準點數(shù)據(jù)，上位機讀取該數(shù)據(jù)后記錄并計算出相應的基本誤差、回差。同時上位機通過分析計算壓力傳感器的采樣值，判斷是否有氣體泄漏。計算機根據(jù)上述運算結果，判定被測定位器所有指標是否合格，并用A4紙打印輸出。

電子部分總體設計框圖

圖1 電子部分總體設計框圖

2、系統(tǒng)硬件說明

　　PLC單元：PLC單元主要作用是實時采集壓力傳感器信號、旋轉編碼器角度信號、為擴展DA模塊輸出電流控制信號，并與上位機進行信息交互。該器件選用三菱公司的FX3U系列PLC，具有運算速度快、可擴展、抗干擾能力強，并且通過簡單的232串口協(xié)議即可與上位機進行通訊等優(yōu)點。所選PLC具有32個IO點數(shù)、3個高速脈沖輸出單元，可擴展多個A/D及D/A轉換模塊。

　　擴展模擬量輸入模塊AD：該模塊主要作用是采樣壓力傳感器的電壓值，并將其轉換為數(shù)字信號，并將轉換結果傳輸給PLC單元。模塊選用三菱公司AD擴展模塊，型號是FX3U-4AD-ADP，具有16位有效位數(shù)，具備采樣數(shù)據(jù)異常檢測，可設定濾波時間，可設置平均次數(shù)，并可以方便的與PLC進行連接。

　　擴展模擬量輸出模塊DA：該模塊的作用是接受主單元命令，轉換成與之對應的電流驅動定位器。模塊選用三菱公司DA擴展模塊FX3U-4DA，轉換時間1毫秒，絕對精度千分之五，四個獨立通道，可設置偏置大小，方便與PLC單元連接。壓力傳感器：主要作用是將進氣及出氣壓力值轉換為電壓信號，AD轉換模塊采集該電壓信號并傳輸給上位機進行處理。如果進氣和出氣壓力差超過一定閾值，則認為有氣體泄漏，需要進行處理。壓力傳感器選用四聯(lián)測控公司的PDS系列差壓變送器，精度0.075級，完全滿足精度要求。

　　角度編碼器：定位器根據(jù)驅動電流不同，驅動執(zhí)行機構的角度不同，通過角度編碼器反映出的角度信息可以判斷定位器的回差和基本誤差。選用海德漢公司的ECN系列絕對位置角度編碼器。

3、系統(tǒng)軟件設計

　　系統(tǒng)的軟件流程圖如圖2所示。

基于智能閥門定位器的自動檢測系統(tǒng)

圖2

　　圖1中基本單元主要是PLC控制單元，其作用是在規(guī)定的時間里依次輸出4、8、12、16、20mA數(shù)字信號到擴展DA模塊，并保持和上位機的通信以接收上位機的命令，并為后面擴展模塊提供電壓。擴展輸入模塊AD主要對壓力傳感器傳送過來的信號進行AD轉換，轉換后送到DA擴展模塊，DA擴展模塊對由AD模塊傳輸來的信號執(zhí)行DA轉換操作后，將轉換后的電流信號傳送到定位器中，由定位器驅動執(zhí)行機構從而帶動角位移編碼器進行轉動，壓力傳感器在系統(tǒng)檢測時檢測定位器的進氣和出氣端檢測壓力值并將其轉換為電流值返回到上位機，由上位機進行記錄。角位移編碼器在運行系統(tǒng)時由系統(tǒng)控制圖2中的執(zhí)行機構帶動角位移編碼器，再根據(jù)角位移編碼器的變化的值判斷定位器在死區(qū)和回差是否合格。擴展232模塊主要是實現(xiàn)檢測系統(tǒng)和上位機之間的通信，由上位機發(fā)ASCII指令代碼，定位器執(zhí)行此命令與否以此檢測定位器的通信狀態(tài)是否正常在本系統(tǒng)中，PLC模塊主要為后續(xù)的擴展部分提供4、8、12、16、20mA的數(shù)字量值，并確定采樣的點數(shù)和濾波時間等，在擴展模塊接收到來自系統(tǒng)前端的信號后，對其進行轉換并發(fā)送到定位器中，定位器在接收信號后旋轉，執(zhí)行機構帶動角位移編碼器，由上位機通過RS232串口通信進行讀取角位移編碼器的值并記錄，上位機依次讀取定位器在4、8、12、16、20mA正行程的值和定位器在逆行程時的值，讀取完畢后上位機將4mA和20mA的編碼器值作為起始點和終止點并等分計算各行程的理論值，將各點讀取的角位移編碼器值與理論值相比較，計算出回差值并返回，以判斷定位器回差是否符合標準。

　　系統(tǒng)檢測死區(qū)時，PLC發(fā)送50%12mA信號，并信號依次增加0.1mA，上位機讀取角位移編碼器的值，當讀取的角位移編碼器值發(fā)生改變后發(fā)送改變命令到PLC，基本單元PLC根據(jù)接收的命令發(fā)送信號依次減少0.1mA，上位機讀取角位移編碼器的值，當讀取的角位移編碼器值發(fā)生改變時，死區(qū)檢測結束由上位機根據(jù)讀取的角位移編譯器的值計算該定位器的死區(qū)，以判斷定位器死區(qū)是否符合標準。檢測氣密性時壓力傳感器在系統(tǒng)檢測運行時檢測定位器的出氣端，在100%20mA信號時，將氣源關閉，使定位器處理密閉狀態(tài)，密閉1分鐘后檢測出氣端的壓力值并將其轉換為電流值通過擴展A/D和D/A模塊將信號傳輸?shù)浇俏灰凭幋a器中，將角位移編碼器的值的變化返回到上位機，判斷定位器密閉前后角位移編碼器的值的變化與否以此來檢測定位器的氣密性是否合格，本系統(tǒng)主要采用RS232進行通信，由計算機向PLC發(fā)送啟動命令后，保持監(jiān)控狀態(tài)發(fā)現(xiàn)異常剛停止系統(tǒng)運行。檢測完成后產品回差、死區(qū)和氣密性全合格則保存并打印合格，如有一項不合格則保存并分別打印合格和不合格。