摘 要:利用PC 机、PLC 为主要硬件,组态王软件为开发平台,组成计算机控制系统,构建压力表自动检定装置。根据检定规程要求,由计算机控制造压系统,任意设置压力点,实现检定过程自动化。装置自动采集标准压力值,自动计算示值误差、回程变差、轻敲位移,与检定规程允许误差计算一览表比较,自动判定压力表的合格与否。实现可视的操作界面、保存检定数据、打印检定证书。
1 引言
压力表自动检定装置根据国家计量检定规程《JJG 49-1999 弹簧管式精密压力表和真空表检定规程》、《JJG 52-1999 弹簧管式一般压力表和压力真空表检定规程》设计制造而成, 适用于弹簧管式精密压力表和真空表、弹簧管式一般压力表和压力真空表的首次检定、后续检定和使用中检定[1][2]。装置主要实现以下功能:
1) 实时检定装置的压力值和动态工作情况。
2) 设置和修改参数。
3) 实时获取现场数据,根据检定规程的要求,处理和保存数据。
4) 自动填写检定数据表,打印检定证书。
2 检定装置的硬件设计原理
2.1 压力表检定原理
标准仪器与压力表使用液体为工作介质时, 它们的受压点应基本上在同一水平面上。如不在同一水平面上, 应考虑由液柱高度差所产生的压力差。示值检定方法 压力表的示值检定按标有数字的分度线进行。检定时逐渐平稳地升压(或降压),当示值达到测量上限后, 切断压力源(或真空源),耐压 3 min,然后按原检定点平稳地降压(或升压)倒序回检。
(1) 示值误差:
对每一检定点, 在升压和降压检定时, 轻敲表壳前、后的示值与标准器示值之差应不大于表 1 所规定的允许误差。
(2) 回程误差
对同一检定点, 在升压和降压检定时, 轻敲表壳后的示值误差应不大于表 1 所规定的允许误差绝对值。
(3) 轻敲位移
对每一检定点, 在升压和降压检定时, 轻敲表壳后与轻敲表壳前示值之差,引起的示值变动量均应不大于表 1 所规定的允许误差绝对值的 1/2
2.2 检定装置工作原理
检定装置原理图如图 1 所示。
检定装置即造压系统, 由传动齿轮、活塞泵、步进电机、油杯、标准表(压力变送器)、快速夹表机构、步进电机驱动器、计算机控制系统、手动阀、电磁阀等组成。可以同时检定六块压力表,检定效率高。检定装置高造压速度,适应多台压力表同时检定。其中一台活塞压力泵处于造压阶段时(即向油路注油),另一台处于造压准备阶段(即从油杯吸油)。两台步进电机和相应的电磁阀由计算机控制系统控制, 同时工作交替造压。
采用两台压力泵同时工作的关键问题是在换泵过程中避免产生压力波动。油路的切换采用五个电磁阀控制,优点是密闭性好,保证了系统有较高的造压速度和静态压力稳定性。其中五个电磁阀分别控制两台压力泵与油杯及与被检表、标准表间油路的通断。另一个电磁阀安装在被检表与标准表油路间, 用来在造压换泵前切断被检表油路与造压油路间的联系。待 换泵完成, 且造压油路重新恢复换泵前压力时, 再打开电磁阀, 这样可消除换泵过程中可能产生的系统压力波动。
2.3 检定装置硬件电气原理
2.3.1 可编程控制器与电磁阀、步进电机驱动器电路电路如图 2、3 所示。
可编程控制器选用欧母龙 CP1H-XA40DR-A[3]。电源电压:220VAC;输入点数:24 点;输出点数:16 点; 输出形式: 继电器。内置模拟输入 4 点( 占用 C H 数4CH)。输入信号量程:1-5VDC;分辨率:1/16000 或 1/12000。
步进电机驱动器采用 Q3HB64MA,它为等角度恒力矩细分型驱动器,驱动电压 DC12-40V,电流在 5.8A 以下。内部采用类似伺服控制原理的电路,此电路可以使电机低速运行平稳, 几乎没有震动和噪音, 电机在高速时力矩大大高于二相和五相混合式步进电机。定位精度最高可达 60000 步 / 转。P U : 步进脉冲信号输入端, D R : 方向信号控制端, MF:电机使能信号端(高电平使能)、SM:细分信号选择端(高电平按 D0-D3 设定细分运行)。工作时设置为 500个脉冲 / 转。
步进电机选用三相混合式 BSHB386。采用交流伺服控制原理,三相正玄电流驱动。步进电机每转移动距离 5mm。1 mm=100 道。
这样主轴电机每转一圈即线圈每绕一圈, 步进驱动器接收一个脉冲, 步进电机走一步为 1 道。
此时, 可编程控制器将采集到的相关数据进行处理, 处理完后再送到计算机, 得到相应检定点的基本误差、回程误差、轻敲位移,依次进行其它检定点的检定。当所有检定点检定完毕,计算机将最终的检定结果进行处理并打印。
2.3.3 可编程控制器程序
可编程控制器程序框图如图 4 所示。程序清单(略)
3 检定装置软件设计
3.1 检定装置组态
组态软件选用北京亚控科技发展有限公司的组态王软件 6.53。它是运行在 WindowsNT/2000/XP 中文操作系统上的一种组态软件。它具有完善的图形界面生成功能,可以形象逼真的描绘工业现场。提供了功能齐全的控件和控件函数以及多种 I/O 驱动程[4]。
3.1.1 组态王通讯参数和设备配置
1) 通讯参数
波特率:9600;数据位:7;奇偶效验:偶效验;停止位: 2;通信超时:3000 毫秒;通信方式:RS232。
2) 设备配置
设备生产厂家:欧姆龙 Hostlink;设备逻辑名称:PLC;设备地址:0;通信方式:串口(COM1)。
3.1.2 组态王的变量与可编程控制器寄存器对应关系
对应关系见表 2 所示。
3.2 检定装置主控制界面设计
检定装置检定界面如图 5 所示[5][6]。由检定装置控制流程、电磁阀控制开关、检定点、标准压力值、已检定点数、待检定点数、允许误差值、回差允许值、允许变动量输入等组成。具体命令语言编程略。
3.3 检定装置检定记录表设计
检定装置检定记录表界面、数据填表、数据查询、数据计算界面如图 6、7 所示。检定记录表按检定规程要求进行设计。图 6 有报表控件组成。图 7 包括:数据填表、数据查询、数据记录、打印检定记录表等按钮组成。保证检定数据的正确填到记录表中。完成检定任务。具体命令语言编程略。
3.4 检定装置检定证书设计检定证书设计如图 8、9 所示[5][6]。图 8 由报表控件组成。图 9 包括:增加、存表、读表、打印设置按钮、列表式组合框。完成检定装置检定证书的打印功能。具体编程命令语言略
4 结束语
压力表自动检定装置, 采用先进的可编程控制器和组态软件技术,性能指标完全达到《JJG 49-1999 弹簧管式精密压力表和真空表检定规程》和《JJG 52-1999弹簧管式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程》的要求,有效的避免了在检定压力表中人为因素造成的不必要的误差, 提高了检定的效率和准确性。
参考文献:
[1] 弹簧管式精密压力表和真空表检定规程 JJG[S].49-1999.国家质量技术监督局,1999.
[2] 弹簧管式一般压力表、压力真空表和和真空表检定规程JJG[S].52-1999.国家质量技术监督局,1999.
[3] SYSMAC CP系列可编程控制器CP1H CPU单元操作手册[Z].
[4] 周兵,张洪魁.静态容积法水表自动检定装置[J].计量技术,2008,(10):42-43.
[5] KINGVIEW version6.5 使用手册[Z].北京:北京亚控科技发展有限公司,2008.
[6] KINGVIEW version6.5 命令函数速查手册[Z].北京:北京亚控科技发展有限公司,2008.
作者简介:唐照斌(1968-),男,助理工程师,研究方向:压力表自动检测技术