摘 要:利用PC 機(jī)、PLC 為主要硬件,組態(tài)王軟件為開發(fā)平臺(tái),組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),構(gòu)建壓力表自動(dòng)檢定裝置。根據(jù)檢定規(guī)程要求,由計(jì)算機(jī)控制造壓系統(tǒng),任意設(shè)置壓力點(diǎn),實(shí)現(xiàn)檢定過(guò)程自動(dòng)化。裝置自動(dòng)采集標(biāo)準(zhǔn)壓力值,自動(dòng)計(jì)算示值誤差、回程變差、輕敲位移,與檢定規(guī)程允許誤差計(jì)算一覽表比較,自動(dòng)判定壓力表的合格與否。實(shí)現(xiàn)可視的操作界面、保存檢定數(shù)據(jù)、打印檢定證書。
1 引言
壓力表自動(dòng)檢定裝置根據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程《JJG 49-1999 彈簧管式精密壓力表和真空表檢定規(guī)程》、《JJG 52-1999 彈簧管式一般壓力表和壓力真空表檢定規(guī)程》設(shè)計(jì)制造而成, 適用于彈簧管式精密壓力表和真空表、彈簧管式一般壓力表和壓力真空表的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢定[1][2]。裝置主要實(shí)現(xiàn)以下功能:
1) 實(shí)時(shí)檢定裝置的壓力值和動(dòng)態(tài)工作情況。
2) 設(shè)置和修改參數(shù)。
3) 實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),根據(jù)檢定規(guī)程的要求,處理和保存數(shù)據(jù)。
4) 自動(dòng)填寫檢定數(shù)據(jù)表,打印檢定證書。
2 檢定裝置的硬件設(shè)計(jì)原理
2.1 壓力表檢定原理
標(biāo)準(zhǔn)儀器與壓力表使用液體為工作介質(zhì)時(shí), 它們的受壓點(diǎn)應(yīng)基本上在同一水平面上。如不在同一水平面上, 應(yīng)考慮由液柱高度差所產(chǎn)生的壓力差。示值檢定方法 壓力表的示值檢定按標(biāo)有數(shù)字的分度線進(jìn)行。檢定時(shí)逐漸平穩(wěn)地升壓(或降壓),當(dāng)示值達(dá)到測(cè)量上限后, 切斷壓力源(或真空源),耐壓 3 min,然后按原檢定點(diǎn)平穩(wěn)地降壓(或升壓)倒序回檢。
(1) 示值誤差:
對(duì)每一檢定點(diǎn), 在升壓和降壓檢定時(shí), 輕敲表殼前、后的示值與標(biāo)準(zhǔn)器示值之差應(yīng)不大于表 1 所規(guī)定的允許誤差。
(2) 回程誤差
對(duì)同一檢定點(diǎn), 在升壓和降壓檢定時(shí), 輕敲表殼后的示值誤差應(yīng)不大于表 1 所規(guī)定的允許誤差絕對(duì)值。
(3) 輕敲位移
對(duì)每一檢定點(diǎn), 在升壓和降壓檢定時(shí), 輕敲表殼后與輕敲表殼前示值之差,引起的示值變動(dòng)量均應(yīng)不大于表 1 所規(guī)定的允許誤差絕對(duì)值的 1/2
2.2 檢定裝置工作原理
檢定裝置原理圖如圖 1 所示。
檢定裝置即造壓系統(tǒng), 由傳動(dòng)齒輪、活塞泵、步進(jìn)電機(jī)、油杯、標(biāo)準(zhǔn)表(壓力變送器)、快速夾表機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、手動(dòng)閥、電磁閥等組成。可以同時(shí)檢定六塊壓力表,檢定效率高。檢定裝置高造壓速度,適應(yīng)多臺(tái)壓力表同時(shí)檢定。其中一臺(tái)活塞壓力泵處于造壓階段時(shí)(即向油路注油),另一臺(tái)處于造壓準(zhǔn)備階段(即從油杯吸油)。兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)和相應(yīng)的電磁閥由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制, 同時(shí)工作交替造壓。
采用兩臺(tái)壓力泵同時(shí)工作的關(guān)鍵問(wèn)題是在換泵過(guò)程中避免產(chǎn)生壓力波動(dòng)。油路的切換采用五個(gè)電磁閥控制,優(yōu)點(diǎn)是密閉性好,保證了系統(tǒng)有較高的造壓速度和靜態(tài)壓力穩(wěn)定性。其中五個(gè)電磁閥分別控制兩臺(tái)壓力泵與油杯及與被檢表、標(biāo)準(zhǔn)表間油路的通斷。另一個(gè)電磁閥安裝在被檢表與標(biāo)準(zhǔn)表油路間, 用來(lái)在造壓換泵前切斷被檢表油路與造壓油路間的聯(lián)系。待 換泵完成, 且造壓油路重新恢復(fù)換泵前壓力時(shí), 再打開電磁閥, 這樣可消除換泵過(guò)程中可能產(chǎn)生的系統(tǒng)壓力波動(dòng)。
2.3 檢定裝置硬件電氣原理
2.3.1 可編程控制器與電磁閥、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路電路如圖 2、3 所示。
可編程控制器選用歐母龍 CP1H-XA40DR-A[3]。電源電壓:220VAC;輸入點(diǎn)數(shù):24 點(diǎn);輸出點(diǎn)數(shù):16 點(diǎn); 輸出形式: 繼電器。內(nèi)置模擬輸入 4 點(diǎn)( 占用 C H 數(shù)4CH)。輸入信號(hào)量程:1-5VDC;分辨率:1/16000 或 1/12000。
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用 Q3HB64MA,它為等角度恒力矩細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)電壓 DC12-40V,電流在 5.8A 以下。內(nèi)部采用類似伺服控制原理的電路,此電路可以使電機(jī)低速運(yùn)行平穩(wěn), 幾乎沒(méi)有震動(dòng)和噪音, 電機(jī)在高速時(shí)力矩大大高于二相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)。定位精度最高可達(dá) 60000 步 / 轉(zhuǎn)。P U : 步進(jìn)脈沖信號(hào)輸入端, D R : 方向信號(hào)控制端, MF:電機(jī)使能信號(hào)端(高電平使能)、SM:細(xì)分信號(hào)選擇端(高電平按 D0-D3 設(shè)定細(xì)分運(yùn)行)。工作時(shí)設(shè)置為 500個(gè)脈沖 / 轉(zhuǎn)。
步進(jìn)電機(jī)選用三相混合式 BSHB386。采用交流伺服控制原理,三相正玄電流驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)移動(dòng)距離 5mm。1 mm=100 道。
這樣主軸電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈即線圈每繞一圈, 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收一個(gè)脈沖, 步進(jìn)電機(jī)走一步為 1 道。
此時(shí), 可編程控制器將采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理, 處理完后再送到計(jì)算機(jī), 得到相應(yīng)檢定點(diǎn)的基本誤差、回程誤差、輕敲位移,依次進(jìn)行其它檢定點(diǎn)的檢定。當(dāng)所有檢定點(diǎn)檢定完畢,計(jì)算機(jī)將最終的檢定結(jié)果進(jìn)行處理并打印。
2.3.3 可編程控制器程序
可編程控制器程序框圖如圖 4 所示。程序清單(略)
3 檢定裝置軟件設(shè)計(jì)
3.1 檢定裝置組態(tài)
組態(tài)軟件選用北京亞控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王軟件 6.53。它是運(yùn)行在 WindowsNT/2000/XP 中文操作系統(tǒng)上的一種組態(tài)軟件。它具有完善的圖形界面生成功能,可以形象逼真的描繪工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。提供了功能齊全的控件和控件函數(shù)以及多種 I/O 驅(qū)動(dòng)程[4]。
3.1.1 組態(tài)王通訊參數(shù)和設(shè)備配置
1) 通訊參數(shù)
波特率:9600;數(shù)據(jù)位:7;奇偶效驗(yàn):偶效驗(yàn);停止位: 2;通信超時(shí):3000 毫秒;通信方式:RS232。
2) 設(shè)備配置
設(shè)備生產(chǎn)廠家:歐姆龍 Hostlink;設(shè)備邏輯名稱:PLC;設(shè)備地址:0;通信方式:串口(COM1)。
3.1.2 組態(tài)王的變量與可編程控制器寄存器對(duì)應(yīng)關(guān)系
對(duì)應(yīng)關(guān)系見表 2 所示。
3.2 檢定裝置主控制界面設(shè)計(jì)
檢定裝置檢定界面如圖 5 所示[5][6]。由檢定裝置控制流程、電磁閥控制開關(guān)、檢定點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)壓力值、已檢定點(diǎn)數(shù)、待檢定點(diǎn)數(shù)、允許誤差值、回差允許值、允許變動(dòng)量輸入等組成。具體命令語(yǔ)言編程略。
3.3 檢定裝置檢定記錄表設(shè)計(jì)
檢定裝置檢定記錄表界面、數(shù)據(jù)填表、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)計(jì)算界面如圖 6、7 所示。檢定記錄表按檢定規(guī)程要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖 6 有報(bào)表控件組成。圖 7 包括:數(shù)據(jù)填表、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)記錄、打印檢定記錄表等按鈕組成。保證檢定數(shù)據(jù)的正確填到記錄表中。完成檢定任務(wù)。具體命令語(yǔ)言編程略。
3.4 檢定裝置檢定證書設(shè)計(jì)檢定證書設(shè)計(jì)如圖 8、9 所示[5][6]。圖 8 由報(bào)表控件組成。圖 9 包括:增加、存表、讀表、打印設(shè)置按鈕、列表式組合框。完成檢定裝置檢定證書的打印功能。具體編程命令語(yǔ)言略
4 結(jié)束語(yǔ)
壓力表自動(dòng)檢定裝置, 采用先進(jìn)的可編程控制器和組態(tài)軟件技術(shù),性能指標(biāo)完全達(dá)到《JJG 49-1999 彈簧管式精密壓力表和真空表檢定規(guī)程》和《JJG 52-1999彈簧管式一般壓力表、壓力真空表和真空表檢定規(guī)程》的要求,有效的避免了在檢定壓力表中人為因素造成的不必要的誤差, 提高了檢定的效率和準(zhǔn)確性。
參考文獻(xiàn):
[1] 彈簧管式精密壓力表和真空表檢定規(guī)程 JJG[S].49-1999.國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局,1999.
[2] 彈簧管式一般壓力表、壓力真空表和和真空表檢定規(guī)程JJG[S].52-1999.國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局,1999.
[3] SYSMAC CP系列可編程控制器CP1H CPU單元操作手冊(cè)[Z].
[4] 周兵,張洪魁.靜態(tài)容積法水表自動(dòng)檢定裝置[J].計(jì)量技術(shù),2008,(10):42-43.
[5] KINGVIEW version6.5 使用手冊(cè)[Z].北京:北京亞控科技發(fā)展有限公司,2008.
[6] KINGVIEW version6.5 命令函數(shù)速查手冊(cè)[Z].北京:北京亞控科技發(fā)展有限公司,2008.
作者簡(jiǎn)介:唐照斌(1968-),男,助理工程師,研究方向:壓力表自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)