专利名称：电液执行机构智能测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电液控制阀门电液执行机构的性能指标的测试仪。
背景技术：
随着炼厂工艺设备自动化程度的提高，电液控制阀门以其响应速度快、控制精度高、操作平稳等优良特性成为炼厂催化裂化装置的关键设备之一。而控制阀门的性能主要取决于阀门的控制部分—电液执行机构的性能。作为制造厂，电液控制阀门的整体质量是通过对电液执行机构的性能指标的测试来控制的。
我厂生产的电液执行机构一直在国内处于领先地位。但从1987年研制电液执行机构开始，到大规摸、大批量的生产，对电液执行机构的性能指标的测试，我们一直采用多种仪器仪表组合构成的测量装备，连线烦琐，工作效率较低，且在测量过程中，全部人为监控，测量的数据也是由操作人员进行记录、计算和统计，因而产生的人为误差和错误较多。
目前，我们采用的电液执行机构性能测试系统主要由两部分组成。
1、给定信号部分对电液执行机构进行性能测试时，根据控制原理，首先要模拟一个供给伺服放大器4～20mA的电流信号源，如图1所示；电流表精度为0.5‰，可调精密电位器分粗、细调两档，手动调节电位器来给定信号。由图可见，每次测试前，必须先用电线将这些仪器组建起一个信号源，其设备陈旧，操作烦琐，使测试时间延长，效率低。
2.尺位移测量部分对执行机构的位移测量采用磁栅尺测量，测量前要将磁栅尺安装在手动机构上，安装工艺简陋，稳定性差。测量时，磁栅尺与显示仪表配套，可直接读出当前位移量，但显示仪只能即时显示，无存储、运算及打印功能，因此，只能人工逐一记录采集的数据，然后人工运算统计，费时费力。
3.自保速度、全行程速度及快关速度测试接入24VDC稳压电源同时，靠秒表人工记时，启动不同步，存在严重的人为误差。
实用新型内容本实用新型的目的是针对现有测试装备仪器烦多，安装烦琐，测试仪器陈旧老化，自动化程度低，以及存在的人为错误及计算误差等缺陷，设计一种设备精巧、可靠性高、操作简便，集测试、统计、打印于一体的智能测试仪。
该测试仪的硬件系统由两大部分组成单片机为控制核心的测试部分和上位计算机为核心的数据分析报表输出部分，以单片机为控制核心的测试部分，根据电液执行机构性能参数要求，CPU、数据存储器及控制单元数据存储器U2与单片机U1接口是通过16条地址线相连，数据存储器U2的A0-A7与低位地址锁存器U3的1Q-8Q相连，A8-A12与U1的P20-P24相连，U1的A13-A15与译码器U5相连产生片选信号Y0，Y0与U2的片选口Y0相连，数据总线D0-D7直接与单片机P0口相连，又与U3的1D-8D相连，同时与液晶显示器J3的D0-D7相连，控制线RD、WR信号与单片机RD、WR直接相连，U1的P10-P17与键盘J2相连，晶振单片机时钟Y通过C1、C2，接单片机时钟输入端X1、X2，单片机上电复位电路由+5V电源通过C3、R1在单片机上电时提供240T的复位信号；由14位的D/A、V/I转换电路构成程控电流源单元D/A转换器片选信号由单片机U1的P25-P27位地址线经U5输出Y3，+12V信号经U11的2端输入6端输出+10V基准电压与U2B的REF接口连接，给U5提供基准电源；D/A转换器的电流信号输出口IOUT与U7A的接口2连接，U2B的RFB口通过R12与Q2连接，通过C9与IOUT连接；U7A的接口6与二极管D3连接，输出经Q2与U7B接口3连接，同时电源接口J5的1口输出30V电源与双二极管D4～D7串联经P2及R9向U7B提供偏置，U7B接口6经Q3放大与J6接口1连接，输出4～20mA电流；I/V转换、滤波振幅和14位A/D转换环节组成反馈信号采集单元反馈信号为电流信号由端口J8引入经R11电阻转换成电压信号，实现I/V转换，再经电压跟随器U8A接口3连接，输出接口1与接口2短接后通过R10与A/D转换器U10的AIN端口连接，片选信号由单片机通过U5的Y4提供，控制线由单片机低位地址A0、A1提供，转换结束信号EOC向单片机INT1提供中断请求，U10的REF、REFADJ端口分别连接C7、C8后与AGND端口连接，数据总线D0-D7经U10的D0-D7与U2B的D0-D7连接；键盘液晶屏显示部分液晶屏通过地址译码器U5的Y2与单片机接口，逻辑门U4A完成液晶控制逻辑的配合，Y2端与3CE4端接J3的8、9口；J4为液晶屏负偏压电源，外接DC-DC变换器，通过R8与P1组成的复位电路，V04及输出RST1端接J3的4、9口，控制线RD、WR接单片机的RD、WR，4×4键盘与CPU接口，利用单片机的P1口扩展4×4扩展键盘；RS232接口部分U6的R2端与单片机的RXD相连，通过网络号可查出各接口的连接关系，再经RS232插座实现与上位机通信；输出驱动继电器组成24VDC电源输出单元24VDC给定由单片机的T0控制，此信号输入驱动器U9接口6、7，由接口5输出信号驱动继电器线圈K1，再经端子J7向被控对象提供24V给定信号，+5V电源入口及上电指示为本系统逻辑部分提供电源。
上位计算机为核心的数据分析报表输出部分是在Windows98下利用VB的串行通讯控件可实现PC机与单片机之间的通讯。获取采样结果数据，并对数据进行分析，产生相关报表、曲线等。
特点1、具有对相关数据自动采集、简单分析、储存、计算功能，并能对测试对象的性能结果以“电液执行机构测试报告”的形式打�。�2、精度1‰；3、1路检测通道、1路24VDC输出通道、1路电流源输出通道，动态刷新；4、引导式中文菜单；5、采样周期≤20毫秒；6、给定及检测电流范围3.6～20.4mA。
本测试仪能完成不同模式下的标准信号的给定(4～20mA)；能输出24VDC电源，完成对自保、快速、A2投用功能的测试；配置了液晶显示，能随时显示被测系统当前测试值；可直接从放大器输出端采集反馈电信号，取消了磁栅尺位移测量元件，简化了信号采集电路；实现执行机构的全程速度跟踪测试、自保速度测试，并即时显示测试结果。设置了存储单元，可将测试数据随时翻看和修改。设置的操作键盘实现对被测放大器的编号输入、工作模式选择等。本系统还可将采集的数据通过USB接口输出到上位计算机，通过上位计算机对采集数据进行计算、统计，将性能测试结果以“电液执行机构测试报告”格式打印出来。
测试仪上电后，液晶屏显示启动界面；按压“菜单”键，显示工作模式菜单；通过“∧”“∨”键选择工作模式，再按压“确认”键，即进入该工作模式；测试完成按压“C”键退出。测试的数据，按区管理保存。
按测试性能参数的不同要求，信号源的工作模式分为步进模式、任意给定模式、速度跟随模式、自保模式。每一种工作模式下对应一种显示模式。以某种工作状态下的键盘/显示模式为例。
步进模式测试的数据通过上位计算机参加被测对象的线性、重复性、回差运算。
任意给定模式模拟电液执行机构伺服系统运行响应速度。测试数据通过上位计算机参加被测对象的灵敏度、分辨率运算。
速度跟随模式实现4～20mA(20～4mA)的快速转换，以实现对伺服系统响应速度的测量。
自保模式本检测仪向被测对象提供一路24VDC电源。
另外还有传输模式，它是将所测得的结果，通过USB接口向上位机传送的工作方式。在该模式下，测试仪根据通信协议，将在各区存储的内容发送到上位机。
本智能测试仪改善了原测试系统性能，自动化程度高，操作方便，提高了效率。它扩展了原测试系统测试功能，除具有检测模拟量的功能外，还可输出模拟电流信号、输出电压源，且具有运算、逻辑判断的功能；配制了存储单元，具有记忆及修改功能；还可配上输出I/O接口，从而使仪器用于自动化系统中。本系统研制费用低，研制周期短，并且设计的灵活性高，对该系统只做较小参数改动，就可适应不同执行器的性能测试。另外，由于本系统整体化，体积小、重量轻，功耗低，易于制成便携式产品。
图1是智能测试仪的键盘/显示器单元、CPU、数据存储器及控制单元、R232接口部分的原理图；图2是智能测试仪的程控电流源单元、反馈信号采集单元及24VDC驱动电源部分的原理图。
具体实施方式
如图所示，该测试仪的硬件系统由两大部分组成单片机为控制核心的测试部分和上位计算机为核心的数据分析报表输出部分，以单片机为控制核心的测试部分，根据电液执行机构性能参数要求，选择了AT89C52单片机为核心元件，CPU、数据存储器及控制单元8K的6264数据存储器U2与AT89C52单片机U1接口是通过16条地址线相连，6264数据存储器U2的A0-A7与74LS373低位地址锁存器U3的1Q-8Q相连，A8-A12与U1的P20-P24相连，U1的A13-A15与74LS138译码器U5相连产生片选信号Y0，Y0与U2的片选口Y0相连，数据总线D0-D7直接与单片机P0口相连，又与U3的1D-8D相连，同时与液晶显示器J3的D0-D7相连，控制线RD、WR信号与单片机RD、WR直接相连，U1的P10-P17与键盘J2相连，晶振6.000MHZ单片机时钟Y通过C1、C2，接单片机时钟输入端X1、X2，单片机上电复位电路由+5V电源通过C3、R1在单片机上电时提供240T的复位信号；由14位的D/A、V/I转换电路构成程控电流源单元MAX7534 D/A转换器U2B片选信号由单片机U1的P25-P27位地址线经74LS138输出Y3，+12V信号经REF02(U11)的2端输入6端输出+10V基准电压与MAX7534的REF接口连接，给74LS138提供基准电源；D/A转换器的电流信号输出口IOUT与MAX4434(U7A)的接口2连接，MAX7534的RFB口通过R12与Q2连接，通过C9与IOUT连接；U7A的接口6与二极管D3连接，输出经Q2与U7B接口3连接，同时电源接口J5的1口输出30V电源与双二极管D4～D7串联经P2及R9向U7B提供偏置，U7B接口6经Q3放大与J6接口1连接，输出4～20mA电流。I/V转换、滤波振幅和14位A/D转换环节组成反馈信号采集单元反馈信号为电流信号由端口J8引入经R11电阻转换成电压信号，实现I/V转换，再经MAX4334电压跟随器U8A接口3连接，输出接口1与接口2短接后通过R10与MAX1066A/D转换器U10的AIN端口连接，片选信号由单片机通过74LS138的Y4提供，控制线由单片机低位地址A0A1提供，转换结束信号EOC向单片机INT1提供中断请求，U10的REF、REFADJ端口分别连接C7、C8后与AGND端口连接，数据总线D0-D7经U10的D0-D7与MAX7534的D0-D7连接；键盘液晶屏显示部分液晶屏通过地址译码器74LS138的Y2与单片机接口，4011逻辑门U4A完成液晶控制逻辑的配合，Y2端与3CE4端接J3的8、9口；J4为液晶屏负偏压电源，外接DC-DC变换器，通过R8与P1组成的复位电路，V04及输出RST1端接J3的4、9口，控制线RD、WR接单片机的RD、WR。4×4键盘与CPU接口，利用单片机的P1口扩展4×4扩展键盘。RS232接口部分MAX232的R2端与单片机的RXD相连，通过网络号可查出各接口的连接关系，再经J3插座实现与上位机通信；输出驱动继电器组成24VDC电源输出单元；24VDC给定由单片机的T0控制，此信号输入75451驱动器U9接口6、7，由接口5输出信号驱动继电器线圈K1，再经端子J7向被控对象提供24V给定信号，+5V电源入口及上电指示为本系统逻辑部分提供电源。
上位计算机为核心的数据分析报表输出部分是在Windows98下利用VB的串行通讯控件可实现PC机与单片机之间的通讯。获取采样结果数据，并对数据进行分析，产生相关报表、曲线等。
权利要求1.一种电液执行机构智能测试仪，该测试仪的硬件系统由单片机为控制核心的测试部分和上位计算机为核心的数据分析报表输出部分两大部分组成，其特征在于CPU、数据存储器及控制单元的数据存储器U2与单片机U1接口是通过16条地址线相连，数据存储器U2的A0-A7与低位地址锁存器U3的1Q-8Q相连，A8-A12与U1的P20-P24相连，U1的A13-A15与译码器U5相连产生片选信号Y0，Y0与U2的片选口Y0相连，数据总线D0-D7直接与单片机P0口相连，又与U3的1D-8D相连，同时与液晶显示器J3的D0-D7相连，控制线RD、WR信号与单片机RD、WR直接相连，U1的P10-P17与键盘J2相连，晶振单片机时钟Y通过C1、C2，接单片机时钟输入端X1、X2，单片机上电复位电路由+5V电源通过C3、R1在单片机上电时提供240T的复位信号；由14位的D/A、V/I转换电路构成程控电流源单元的D/A转换器片选信号由单片机U1的P25-P27位地址线经U5输出Y3，+12V信号经U11的2端输入6端输出+10V基准电压与U2B的REF接口连接，给U5提供基准电源；D/A转换器的电流信号输出口IOUT与U7A的接口2连接，U2B的RFB口通过R12与Q2连接，通过C9与IOUT连接；U7A的接口6与二极管D3连接，输出经Q2与U7B接口3连接，同时电源接口J5的1口输出30V电源与双二极管D4～D7串联经P2及R9向U7B提供偏置，U7B接口6经Q3放大与J6接口1连接，输出4～20mA电流；I/V转换、滤波振幅和14位A/D转换环节组成反馈信号采集单元的反馈信号为电流信号由端口J8引入经R11电阻转换成电压信号，实现I/V转换，再经电压跟随器U8A接口3连接，输出接口1与接口2短接后通过R10与A/D转换器U10的AIN端口连接，片选信号由单片机通过U5的Y4提供，控制线由单片机低位地址A0、A1提供，转换结束信号EOC向单片机INT1提供中断请求，U10的REF、REFADJ端口分别连接C7、C8后与AGND端口连接，数据总线D0-D7经U10的D0-D7与U2B的D0-D7连接；键盘液晶屏显示部分的液晶屏通过地址译码器U5的Y2与单片机接口，逻辑门U4A完成液晶控制逻辑的配合，Y2端与3CE4端接J3的8、9口；J4为液晶屏负偏压电源，外接DC-DC变换器，通过R8与P1组成的复位电路，V04及输出RST1端接J3的4、9口，控制线RD、WR接单片机的RD、WR，4×4键盘与CPU接口，利用单片机的P1口扩展4×4扩展键盘；RS232接口部分的U6的R2端与单片机的RXD相连，通过网络号可查出各接口的连接关系，再经RS232插座实现与上位机通信；输出驱动继电器组成24VDC电源输出单元的24VDC给定由单片机的T0控制，此信号输入驱动器U9接口6、7，由接口5输出信号驱动继电器线圈K1，再经端子J7向被控对象提供24V给定信号，+5V电源入口及上电指示为本系统逻辑部分提供电源。
专利摘要本实用新型涉及一种电液控制阀门电液执行机构的性能指标的测试仪，它是由单片机为控制核心的测试部分和上位计算机为核心的数据分析报表输出部分组成，本测试仪改善了原测试系统性能，自动化程度高，操作方便，提高了效率，它扩展了原测试系统测试功能，除具有检测模拟量的功能外，还可输出模拟电流信号、输出电压源，且具有运算、逻辑判断的功能，配制了存储单元，具有记忆及修改功能，还可配上输出I/O接口，从而使仪器用于自动化系统中，并且设计的灵活性高，对该系统只做较小参数改动，就可适应不同执行器的性能测试，由于本系统整体化，体积小、重量轻，功耗低，易于制成便携式产品。
文档编号G01M13/00GK2793715SQ20042005851
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者江泳英, 贾静科, 彭喜勤 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油兰州炼油化工总厂
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