摘 要:利用PC 機、PLC 為主要硬件,組態王軟件為開發平臺,組成計算機控制系統,構建壓力表自動檢定裝置。根據檢定規程要求,由計算機控制造壓系統,任意設置壓力點,實現檢定過程自動化。裝置自動采集標準壓力值,自動計算示值誤差、回程變差、輕敲位移,與檢定規程允許誤差計算一覽表比較,自動判定壓力表的合格與否。實現可視的操作界面、保存檢定數據、打印檢定證書。
1 引言
壓力表自動檢定裝置根據國家計量檢定規程《JJG 49-1999 彈簧管式精密壓力表和真空表檢定規程》、《JJG 52-1999 彈簧管式一般壓力表和壓力真空表檢定規程》設計制造而成, 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、后續檢定和使用中檢定[1][2]。裝置主要實現以下功能:
1) 實時檢定裝置的壓力值和動態工作情況。
2) 設置和修改參數。
3) 實時獲取現場數據,根據檢定規程的要求,處理和保存數據。
4) 自動填寫檢定數據表,打印檢定證書。
2 檢定裝置的硬件設計原理
2.1 壓力表檢定原理
標準儀器與壓力表使用液體為工作介質時, 它們的受壓點應基本上在同一水平面上。如不在同一水平面上, 應考慮由液柱高度差所產生的壓力差。示值檢定方法 壓力表的示值檢定按標有數字的分度線進行。檢定時逐漸平穩地升壓(或降壓),當示值達到測量上限后, 切斷壓力源(或真空源),耐壓 3 min,然后按原檢定點平穩地降壓(或升壓)倒序回檢。
(1) 示值誤差:
對每一檢定點, 在升壓和降壓檢定時, 輕敲表殼前、后的示值與標準器示值之差應不大于表 1 所規定的允許誤差。
(2) 回程誤差
對同一檢定點, 在升壓和降壓檢定時, 輕敲表殼后的示值誤差應不大于表 1 所規定的允許誤差絕對值。
(3) 輕敲位移
對每一檢定點, 在升壓和降壓檢定時, 輕敲表殼后與輕敲表殼前示值之差,引起的示值變動量均應不大于表 1 所規定的允許誤差絕對值的 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, 由傳動齒輪、活塞泵、步進電機、油杯、標準表(壓力變送器)、快速夾表機構、步進電機驅動器、計算機控制系統、手動閥、電磁閥等組成。可以同時檢定六塊壓力表,檢定效率高。檢定裝置高造壓速度,適應多臺壓力表同時檢定。其中一臺活塞壓力泵處于造壓階段時(即向油路注油),另一臺處于造壓準備階段(即從油杯吸油)。兩臺步進電機和相應的電磁閥由計算機控制系統控制, 同時工作交替造壓。
采用兩臺壓力泵同時工作的關鍵問題是在換泵過程中避免產生壓力波動。油路的切換采用五個電磁閥控制,優點是密閉性好,保證了系統有較高的造壓速度和靜態壓力穩定性。其中五個電磁閥分別控制兩臺壓力泵與油杯及與被檢表、標準表間油路的通斷。另一個電磁閥安裝在被檢表與標準表油路間, 用來在造壓換泵前切斷被檢表油路與造壓油路間的聯系。待 換泵完成, 且造壓油路重新恢復換泵前壓力時, 再打開電磁閥, 這樣可消除換泵過程中可能產生的系統壓力波動。
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、步進電機驅動器電路電路如圖 2、3 所示。
可編程控制器選用歐母龍 CP1H-XA40DR-A[3]。電源電壓:220VAC;輸入點數:24 點;輸出點數:16 點; 輸出形式: 繼電器。內置模擬輸入 4 點( 占用 C H 數4CH)。輸入信號量程:1-5VDC;分辨率:1/16000 或 1/12000。
步進電機驅動器采用 Q3HB64MA,它為等角度恒力矩細分型驅動器,驅動電壓 DC12-40V,電流在 5.8A 以下。內部采用類似伺服控制原理的電路,此電路可以使電機低速運行平穩, 幾乎沒有震動和噪音, 電機在高速時力矩大大高于二相和五相混合式步進電機。定位精度最高可達 60000 步 / 轉。P U : 步進脈沖信號輸入端, D R : 方向信號控制端, MF:電機使能信號端(高電平使能)、SM:細分信號選擇端(高電平按 D0-D3 設定細分運行)。工作時設置為 500個脈沖 / 轉。
步進電機選用三相混合式 BSHB386。采用交流伺服控制原理,三相正玄電流驅動。步進電機每轉移動距離 5mm。1 mm=100 道。
這樣主軸電機每轉一圈即線圈每繞一圈, 步進驅動器接收一個脈沖, 步進電機走一步為 1 道。
此時, 可編程控制器將采集到的相關數據進行處理, 處理完后再送到計算機, 得到相應檢定點的基本誤差、回程誤差、輕敲位移,依次進行其它檢定點的檢定。當所有檢定點檢定完畢,計算機將最終的檢定結果進行處理并打印。
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 檢定裝置軟件設計
3.1 檢定裝置組態
組態軟件選用北京亞控科技發展有限公司的組態王軟件 6.53。它是運行在 WindowsNT/2000/XP 中文操作系統上的一種組態軟件。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現場。提供了功能齊全的控件和控件函數以及多種 I/O 驅動程[4]。
3.1.1 組態王通訊參數和設備配置
1) 通訊參數
波特率:9600;數據位:7;奇偶效驗:偶效驗;停止位: 2;通信超時:3000 毫秒;通信方式:RS232。
2) 設備配置
設備生產廠家:歐姆龍 Hostlink;設備邏輯名稱:PLC;設備地址:0;通信方式:串口(COM1)。
3.1.2 組態王的變量與可編程控制器寄存器對應關系
對應關系見表 2 所示。
3.2 檢定裝置主控制界面設計
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、檢定點、標準壓力值、已檢定點數、待檢定點數、允許誤差值、回差允許值、允許變動量輸入等組成。具體命令語言編程略。
3.3 檢定裝置檢定記錄表設計
檢定裝置檢定記錄表界面、數據填表、數據查詢、數據計算界面如圖 6、7 所示。檢定記錄表按檢定規程要求進行設計。圖 6 有報表控件組成。圖 7 包括:數據填表、數據查詢、數據記錄、打印檢定記錄表等按鈕組成。保證檢定數據的正確填到記錄表中。完成檢定任務。具體命令語言編程略。
3.4 檢定裝置檢定證書設計檢定證書設計如圖 8、9 所示[5][6]。圖 8 由報表控件組成。圖 9 包括:增加、存表、讀表、打印設置按鈕、列表式組合框。完成檢定裝置檢定證書的打印功能。具體編程命令語言略
4 結束語
壓力表自動檢定裝置, 采用先進的可編程控制器和組態軟件技術,性能指標完全達到《JJG 49-1999 彈簧管式精密壓力表和真空表檢定規程》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確性。