在工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化控制中，智能閥門定位器作為調(diào)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(chǎn)過(guò)程中，均用的是手動(dòng)安裝，人為的調(diào)試以及填寫測(cè)試單等工作，有很多人為因素會(huì)影響調(diào)試結(jié)果。為了更方便、更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定、更精確的檢測(cè)定位器性能，就有必要設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)裝夾、測(cè)試以及輸出測(cè)試單的裝置。本方案目的是完成定位器的自動(dòng)裝夾、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)輸出測(cè)試單和合格證、銘牌等。

　　具體要求完成對(duì)定位器信號(hào)的采集，并計(jì)算出相應(yīng)的基本誤差、回差、死區(qū)等參數(shù)。需要滿足裝夾簡(jiǎn)單快捷、測(cè)試迅速、盡可能的自動(dòng)化等要求。

1、總體設(shè)計(jì)

　　如圖1所示，該系統(tǒng)主要由上位機(jī)(計(jì)算機(jī))、基本單元PLC控制單元、擴(kuò)展AD轉(zhuǎn)換模塊、擴(kuò)展DA轉(zhuǎn)換模塊、角位移編碼器和壓力傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被測(cè)定位器等組成。上位機(jī)主要通過(guò)發(fā)送ASCII碼啟動(dòng)指令控制PLC執(zhí)行上位機(jī)指令，順序的輸出4、8、12、16、20mA的數(shù)字量信號(hào)，并記錄所有定位器在輸入信號(hào)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(shí)上位機(jī)采集定位器在mA信號(hào)的傳輸時(shí)正行程標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)和逆行程的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)，上位機(jī)讀取該數(shù)據(jù)后記錄并計(jì)算出相應(yīng)的基本誤差、回差。同時(shí)上位機(jī)通過(guò)分析計(jì)算壓力傳感器的采樣值，判斷是否有氣體泄漏。計(jì)算機(jī)根據(jù)上述運(yùn)算結(jié)果，判定被測(cè)定位器所有指標(biāo)是否合格，并用A4紙打印輸出。

圖1 電子部分總體設(shè)計(jì)框圖

2、系統(tǒng)硬件說(shuō)明

　　PLC單元：PLC單元主要作用是實(shí)時(shí)采集壓力傳感器信號(hào)、旋轉(zhuǎn)編碼器角度信號(hào)、為擴(kuò)展DA模塊輸出電流控制信號(hào)，并與上位機(jī)進(jìn)行信息交互。該器件選用三菱公司的FX3U系列PLC，具有運(yùn)算速度快、可擴(kuò)展、抗干擾能力強(qiáng)，并且通過(guò)簡(jiǎn)單的232串口協(xié)議即可與上位機(jī)進(jìn)行通訊等優(yōu)點(diǎn)。所選PLC具有32個(gè)IO點(diǎn)數(shù)、3個(gè)高速脈沖輸出單元，可擴(kuò)展多個(gè)A/D及D/A轉(zhuǎn)換模塊。

　　擴(kuò)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(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果傳輸給PLC單元。模塊選用三菱公司AD擴(kuò)展模塊，型號(hào)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(cè)，可設(shè)定濾波時(shí)間，可設(shè)置平均次數(shù)，并可以方便的與PLC進(jìn)行連接。

　　擴(kuò)展模擬量輸出模塊DA：該模塊的作用是接受主單元命令，轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電流驅(qū)動(dòng)定位器。模塊選用三菱公司DA擴(kuò)展模塊FX3U-4DA，轉(zhuǎn)換時(shí)間1毫秒，絕對(duì)精度千分之五，四個(gè)獨(dú)立通道，可設(shè)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(jìn)氣及出氣壓力值轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，AD轉(zhuǎn)換模塊采集該電壓信號(hào)并傳輸給上位機(jī)進(jìn)行處理。如果進(jìn)氣和出氣壓力差超過(guò)一定閾值，則認(rèn)為有氣體泄漏，需要進(jìn)行處理。壓力傳感器選用四聯(lián)測(cè)控公司的PDS系列差壓變送器，精度0.075級(jí)，完全滿足精度要求。

　　角度編碼器：定位器根據(jù)驅(qū)動(dòng)電流不同，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角度不同，通過(guò)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(duì)位置角度編碼器。

3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的軟件流程圖如圖2所示。

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(shí)間里依次輸出4、8、12、16、20mA數(shù)字信號(hào)到擴(kuò)展DA模塊，并保持和上位機(jī)的通信以接收上位機(jī)的命令，并為后面擴(kuò)展模塊提供電壓。擴(kuò)展輸入模塊AD主要對(duì)壓力傳感器傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后送到DA擴(kuò)展模塊，DA擴(kuò)展模塊對(duì)由AD模塊傳輸來(lái)的信號(hào)執(zhí)行DA轉(zhuǎn)換操作后，將轉(zhuǎn)換后的電流信號(hào)傳送到定位器中，由定位器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)從而帶動(dòng)角位移編碼器進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，壓力傳感器在系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)檢測(cè)定位器的進(jìn)氣和出氣端檢測(cè)壓力值并將其轉(zhuǎn)換為電流值返回到上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行記錄。角位移編碼器在運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)由系統(tǒng)控制圖2中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)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(kuò)展232模塊主要是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)和上位機(jī)之間的通信，由上位機(jī)發(fā)ASCII指令代碼，定位器執(zhí)行此命令與否以此檢測(cè)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(kuò)展部分提供4、8、12、16、20mA的數(shù)字量值，并確定采樣的點(diǎn)數(shù)和濾波時(shí)間等，在擴(kuò)展模塊接收到來(lái)自系統(tǒng)前端的信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換并發(fā)送到定位器中，定位器在接收信號(hào)后旋轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)角位移編碼器，由上位機(jī)通過(guò)RS232串口通信進(jìn)行讀取角位移編碼器的值并記錄，上位機(jī)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(shí)的值，讀取完畢后上位機(jī)將4mA和20mA的編碼器值作為起始點(diǎn)和終止點(diǎn)并等分計(jì)算各行程的理論值，將各點(diǎn)讀取的角位移編碼器值與理論值相比較，計(jì)算出回差值并返回，以判斷定位器回差是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

　　系統(tǒng)檢測(cè)死區(qū)時(shí)，PLC發(fā)送50%12mA信號(hào)，并信號(hào)依次增加0.1mA，上位機(jī)讀取角位移編碼器的值，當(dāng)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(hào)依次減少0.1mA，上位機(jī)讀取角位移編碼器的值，當(dāng)讀取的角位移編碼器值發(fā)生改變時(shí)，死區(qū)檢測(cè)結(jié)束由上位機(jī)根據(jù)讀取的角位移編譯器的值計(jì)算該定位器的死區(qū)，以判斷定位器死區(qū)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)氣密性時(shí)壓力傳感器在系統(tǒng)檢測(cè)運(yùn)行時(shí)檢測(cè)定位器的出氣端，在100%20mA信號(hào)時(shí)，將氣源關(guān)閉，使定位器處理密閉狀態(tài)，密閉1分鐘后檢測(cè)出氣端的壓力值并將其轉(zhuǎn)換為電流值通過(guò)擴(kuò)展A/D和D/A模塊將信號(hào)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(jī)，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(lái)檢測(cè)定位器的氣密性是否合格，本系統(tǒng)主要采用RS232進(jìn)行通信，由計(jì)算機(jī)向PLC發(fā)送啟動(dòng)命令后，保持監(jiān)控狀態(tài)發(fā)現(xiàn)異常剛停止系統(tǒng)運(yùn)行。檢測(cè)完成后產(chǎn)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(xiàng)不合格則保存并分別打印合格和不合格。

4、結(jié)束語(yǔ)

　　在團(tuán)隊(duì)成員的積極配合和不懈努力下，智能閥門定位器自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)，目前，一直用于定位器生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)檢測(cè)，較之前手動(dòng)檢測(cè)相比，效率有了很大提高。根據(jù)運(yùn)行的狀況，我們將做進(jìn)一步的研究和改進(jìn)，使得該檢測(cè)系統(tǒng)功能更加完善，更加適合生產(chǎn)需求。