在工業(yè)過程自動(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)過程中，均用的是手動(dòng)安裝，人為的調(diào)試以及填寫測試單等工作，有很多人為因素會影響調(diào)試結(jié)果。為了更方便、更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定、更精確的檢測定位器性能，就有必要設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)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(dòng)裝夾、自動(dòng)檢測、自動(dòng)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(jì)算出相應(yīng)的基本誤差、回差、死區(qū)等參數(shù)。需要滿足裝夾簡單快捷、測試迅速、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)、被測定位器等組成。上位機(jī)主要通過發(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，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(shí)上位機(jī)采集定位器在mA信號的傳輸時(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、旋轉(zhuǎn)編碼器角度信號、為擴(kuò)展DA模塊輸出電流控制信號，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)，并且通過簡單的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，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(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，AD轉(zhuǎn)換模塊采集該電壓信號并傳輸給上位機(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(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(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主要對壓力傳感器傳送過來的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后送到DA擴(kuò)展模塊，DA擴(kuò)展模塊對由AD模塊傳輸來的信號執(zhí)行DA轉(zhuǎn)換操作后，將轉(zhuǎn)換后的電流信號傳送到定位器中，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)檢測時(shí)檢測定位器的進(jìn)氣和出氣端檢測壓力值并將其轉(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)展模塊接收到來自系統(tǒng)前端的信號后，對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換并發(fā)送到定位器中，定位器在接收信號后旋轉(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)檢測死區(qū)時(shí)，PLC發(fā)送50%12mA信號，并信號依次增加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)。檢測氣密性時(shí)壓力傳感器在系統(tǒng)檢測運(yùn)行時(shí)檢測定位器的出氣端，在100%20mA信號時(shí)，將氣源關(guān)閉，使定位器處理密閉狀態(tài)，密閉1分鐘后檢測出氣端的壓力值并將其轉(zhuǎn)換為電流值通過擴(kuò)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(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檢測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

　　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)檢測系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)，目前，一直用于定位器生產(chǎn)過程自動(dòng)檢測，較之前手動(dòng)檢測相比，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)，使得該檢測系統(tǒng)功能更加完善，更加適合生產(chǎn)需求。