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閥門(mén)定位器綜合測(cè)試儀

  • 發(fā)布日期:2014-07-11      瀏覽次數(shù):3312
    •                             閥門(mén)定位器綜合測(cè)試儀
        
                                   上海申弘閥門(mén)有限公司
        
        上海申弘閥門(mén)有限公司生產(chǎn)的智能閥門(mén)定位器屬于噴嘴擋板式閥門(mén)定位器。圖1.1為閥門(mén)定位器原理框圖。其基本工作原理是:改變線圈驅(qū)動(dòng)電流I,在電磁力的作用下?lián)醢瀹a(chǎn)生位移ΔX,從而使背壓室氣壓PD改變;背壓室氣壓PD經(jīng)過(guò)氣動(dòng)放大器的功率放大后得到控制氣壓Pc,使(閥門(mén))執(zhí)行器產(chǎn)生位移L;執(zhí)行器的位移L通過(guò)位移傳感器輸出檢測(cè)電壓U送至主電路板;主電路板根據(jù)代表位移的電壓U、用戶(hù)提供的4-20mA控制信號(hào)電流,通過(guò)一定的控制算法計(jì)算后,給出線圈驅(qū)動(dòng)電流I,從而完成了整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)反饋控制。圖1.1智能閥門(mén)定位器整機(jī)原理框圖從原理可見(jiàn),其中背壓室氣壓PD、氣動(dòng)放大器輸出的控制氣壓PC和執(zhí)行器位移等參數(shù)的精度以及各參數(shù)之間的函數(shù)曲線關(guān)系決定了整個(gè)產(chǎn)品的性能優(yōu)劣。在檢測(cè)調(diào)試過(guò)程中,關(guān)系到整機(jī)中重要的技術(shù)指標(biāo)I-PD、PD-PC和I(4~20mA)-L等幾組參數(shù)均由手工進(jìn)行測(cè)量,工作量大,不適合大批量生產(chǎn),為此我們開(kāi)展了閥門(mén)定位器測(cè)量?jī)x的研制工作。
        
        背壓室氣動(dòng)放大器IP轉(zhuǎn)換器電路板位移傳感器擋板位移ΔX背壓PD控制氣壓執(zhí)行器(閥門(mén))Pc線圈驅(qū)動(dòng)電流I位移電壓UL位移行程Ps氣源4-20mA信號(hào)電流
        
        2主要功能及技術(shù)指標(biāo)本儀器主要完成2大功能,即背壓室氣壓PD、氣動(dòng)放大器輸出的控制氣壓PC的檢測(cè),以及整機(jī)性能(執(zhí)行器位移)的檢測(cè)。
        
        2.1PD、PC氣壓檢測(cè)與記錄
        
        (a)向閥門(mén)定位器線圈輸入0~0.6mA電流(電流源可由本儀器所提供也可外接),檢測(cè)背壓室氣壓PD、氣動(dòng)放大器輸出的控制氣壓PC,并通過(guò)320×240LCD液晶屏顯示檢測(cè)結(jié)果。
        
        (b)將記錄的PD、PC氣壓數(shù)據(jù)發(fā)送到PC計(jì)算機(jī),并以excel文件形式儲(chǔ)存。
        
        2.2整機(jī)性能(執(zhí)行器位移)的檢測(cè)
        
        (a)對(duì)位移傳感器進(jìn)行整定,得出傳感器位移與輸出電壓的函數(shù)關(guān)系。
        
        (b)向閥門(mén)定位器線圈輸入4~20mA電流(電流源可由本儀器所提供也可外接),檢測(cè)連接在執(zhí)行器上的位移傳感器的位移量。
        
        (c)根據(jù)整定得到的傳感器位移與輸出電壓的函數(shù)關(guān)系,計(jì)算出執(zhí)行器位移的誤差率。
        
        2.3主要技術(shù)指標(biāo)工作溫度:0~60℃工作電壓:220V電流源精度:±0.1%氣壓檢測(cè)精度:±0.4%行程檢測(cè)精度:±0.5%
        
        3總體設(shè)計(jì)及器件選型本儀器整體原理如圖2.1所示。整個(gè)系統(tǒng)采用MSP430F169單片機(jī)控制,帶小鍵盤(pán)操作和320×240LCD顯示,并可與PC機(jī)進(jìn)行通訊以處理檢測(cè)數(shù)據(jù)。320X240LCD鍵盤(pán)電流源Ⅰ精調(diào)電流源Ⅱ精調(diào)開(kāi)關(guān)電流源Ⅰ0~1mA電流源Ⅱ0~20mA圖3.2控制面板示意圖
        
        (a)顯示器采用深圳三元晶液晶顯示有限公司的SYM320240B8LCD液晶屏,點(diǎn)陣數(shù)為320×240,控制芯片為RA8835。
        
        (b)鍵盤(pán)如圖3.3所示:
        
        ←→↑
        
        ↓1234567890取消確定圖3.3鍵盤(pán)鍵盤(pán)由10個(gè)數(shù)字鍵、“←”、“→”、“↑”、“↓”4個(gè)方向鍵、以及“取消”和“確定”共16個(gè)鍵組成。鍵盤(pán)采用矩陣掃描電路,控制器采用周立功公司設(shè)計(jì)的數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)及鍵盤(pán)掃描管理芯片ZLG7290B。ZLG7290B供電電壓為3.3~5V,能夠管理多達(dá)64只按鍵,可以自動(dòng)消除抖動(dòng),與微控制器之間采用I2C總線接口,只需兩根信號(hào)線,大大節(jié)省了I/O資源。
        
        (c)電流源Ⅰ、Ⅱ分別為儀器所提供的0~1mA和0~20mA電流的輸出端,并具有精調(diào)旋鈕。
        
        3.2背面板背面板如圖3.4所示:
        
        3.3電源
        
        電源采用航天長(zhǎng)峰的經(jīng)濟(jì)型輕系列電源4NIC-50,交流220V電壓輸入,帶15V3A和5V1A兩個(gè)輸出。
        
        3.4氣壓傳感器氣壓傳感器將PD、PC氣壓轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送給主電路進(jìn)行處理。本儀器所采用的氣壓傳感器為南京宏沐科技有限公司生產(chǎn)的“HM22高精度壓力變送器”,此變送器選用德國(guó)進(jìn)口高精度力敏芯片為中心感測(cè)元件,運(yùn)用溫度自補(bǔ)償及歸一化電路調(diào)試等,大幅度提高了產(chǎn)品的綜合精度。此款變送器主要性能參數(shù)為:測(cè)量范圍:0~1MPa壓力類(lèi)型:表壓綜合精度:±0.1%工作溫度:-20~85℃工作電壓:DC12~35V輸出信號(hào):DC0~5V3.5位移傳感器位移傳感器將執(zhí)行器位移量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送給主電路進(jìn)行處理。位移傳感器采用上海德測(cè)科技有限公司生產(chǎn)的小量程位移傳感器,此傳感器采用的精密位移傳感器和長(zhǎng)壽命導(dǎo)電塑料材質(zhì)制造,具有*的準(zhǔn)確度。其主要性能參數(shù)如下:有效測(cè)量行程:50mm獨(dú)立線性度:0.1%工作溫度:0~80℃工作電壓:
        
        DC12~24V輸出信號(hào):
        
        0~5V3.6主電路板主電路板是儀器的核心部分,它將傳感器送來(lái)的電壓信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后送給CPU處理,然后再控制其他部件做出各種響應(yīng),以完成設(shè)定的工作。主電路又可以分為CPU、電流源、AD轉(zhuǎn)換、與PC機(jī)的RS232通信等幾個(gè)部分。
        
        4主電路的設(shè)計(jì)及器件選型
        
        4.1CPU本儀器采用單片機(jī)控制,CPU選擇TI公司的MSP430F169。MSP430系列單片機(jī)是一種功能非常強(qiáng)大的16位單片機(jī),目前在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,MSP430的主要特點(diǎn)為:
        
       ?。?)超低功耗MSP430系列單片機(jī)的電源電壓采用1.8~3.6V低電壓,并擁有5種低功耗模式。
        
        (2)高速的運(yùn)算能力16位RISC架構(gòu),125ns指令周期。
        
        (3)豐富的功能模塊包括多通道10~14位AD轉(zhuǎn)換器、雙路12位DA轉(zhuǎn)換器、看門(mén)狗定時(shí)器、串行通訊USART(UART/SPI)、I2C總線、DMA、Flash存儲(chǔ)器等等。
        
       ?。?)方便的開(kāi)發(fā)環(huán)境芯片內(nèi)包括JTAG調(diào)試接口,因此在仿真調(diào)試程序時(shí)通過(guò)一個(gè)廉價(jià)的JTAG接口轉(zhuǎn)換器就可以完成以往要用昂貴的仿真器才能完成的功能。本儀器采用的MSP430F169片內(nèi)具有60KBFlash存儲(chǔ)器、2KBRAM、48個(gè)I/O口等,*可以滿(mǎn)足系統(tǒng)需求。上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有:減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過(guò)濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)閥門(mén)、高壓閥門(mén)、中壓閥門(mén)、低壓閥門(mén)、水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。應(yīng)用在糧油加工系統(tǒng)中。用于涂料行業(yè)的生產(chǎn)管線生產(chǎn),及加工。
        
        4.2電流源本儀器內(nèi)含2個(gè)電流源,一個(gè)用于產(chǎn)生0~1mA恒定電流供PD、PC氣壓測(cè)量時(shí)使用,另一個(gè)提供0~20mA恒定電流供整機(jī)性能檢測(cè)時(shí)使用,2個(gè)電流工作原理一樣,現(xiàn)以0~1mA電流源為例簡(jiǎn)要說(shuō)明其工作原理。
        
        U1U25V15VR1T1T2R2R3R4R5470432k1kILIERL圖3.5電流源原理圖如圖所示,運(yùn)放為T(mén)LV2254,具有很高的輸入阻抗,T1、T2為9013三極管,組成達(dá)林頓管。令R0=R2+R3||R4+R5,U1是MSP430F169的DA模塊輸出電壓,根據(jù)虛短原理,U1=U2,所以IE=U1/R0,又因?yàn)?013的β值在150以上,所以9013組成的達(dá)林頓管的的電流放大倍數(shù)β2很大,因此可近似認(rèn)為IL=IE=U1/R0??梢哉J(rèn)為電流IL只隨電壓U1被控制,而與負(fù)載RL無(wú)關(guān),既實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)控制恒流源。R0的值在2.473~2.512之間變化,因此當(dāng)令U1在0~2.5V之間變化時(shí),就可得到0~1mA的電流輸出,電位器R4起到電流精密調(diào)節(jié)的作用。
        
        4.3AD轉(zhuǎn)換氣壓傳感器和位移傳感器將氣壓和位移量轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送給CPU進(jìn)行處理,以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。本儀器所采用的AD芯片為ADI公司16位/24位高精度AD轉(zhuǎn)換器AD7734,外接電壓基準(zhǔn)為ADI公司的2.5V高精度電壓參考源AD780。
        
        4.4與PC機(jī)的RS232通信為方便測(cè)量所得得各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的保存及進(jìn)一步分析處理,需將必要的參數(shù)
        
        轉(zhuǎn)移到PC機(jī)上以Excel文檔形式保存。單片機(jī)與PC機(jī)通信一般采用RS232標(biāo)準(zhǔn)串行通信來(lái)實(shí)現(xiàn),但由于單片機(jī)的電平與PC機(jī)串口的電平比一致,因此需要進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換,本系統(tǒng)采用SP3220E芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)接口轉(zhuǎn)換,如圖3.6所示。
        
        TXTXRXTXMSP430F169SP3220EPC圖3.6RS232通信接口轉(zhuǎn)換SP3220E是一款低功耗的RS232驅(qū)動(dòng)芯片,該芯片具有以下特性:(a)寬電壓供電,供電電壓為:3.3~5V。(b)上傳速率可達(dá)235Kbps。(c)低功耗電流,僅為1uA。(d)輸入電壓TxIN:-0.3~6V;RxIN:±15V。(e)輸出電壓TxOUT:±15V;RxOUT:-0.3~6V。與本文相關(guān)的論文有:油炸方便面生產(chǎn)工藝