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用于智能压力变送器系列温度补偿系统的设计及

来源:江苏创辉自动化仪表有限公司 时间:2022-03-01
1.智能变送器温度补偿系统简介
智能压力变送器系列主要用于测量工业过程控制中的压力、流量等重要的工业参数,是过程控制系统中最重要的环节之一,直接影响到整个控制系统的精度。该变送器输出4-20mA,精度0.075级的二线制现场仪表。由于现场环境可从零下二、三十度到五、六十度,要求该仪表在环境温度变化范围内维持其0.075级的测量精度不变。仪表会产生温度漂移,使仪表产生测量误差而不能保持原有的精度,本方案提供了对变送器进行相应的补偿来抑制这种漂移的测试方法。
首先,模拟现场温度环境。通常根据产品仪表的温度范围,测量仪表三个典型温度点下的零点、量程值,再根据仪表在高、低温下相对于常温下零点、量程值的漂移程度,结合相关的工艺计算公式最终得出应配的热敏电阻值。由于每台仪表的温度特性不相同,所以计算出的热敏电阻值不同因而对每台仪表都必需对应自己的热敏电阻值,实现其温度补偿。
 
2.系统技术指标
2.1功能指标
专用工装要求:每组可满足8台同量程变送器,每套系统两组控制部分:系统软件要求:系统根据工艺要求完成温度控制、压力控制、自动完成线性化、温度补偿,有异常判断报警功能,用户界面友好,分权限管理,具有线性化、温补数据备份功能。
 
3.系统组成及总体技术方案
3.1系统组成
智能压力变送器系列温度补偿系统是基于对环境试验箱、压力校验仪的程控操作,调节变送器环境参数,控制计算机通过采集卡采集并记录变送器在几个特征环境下的测量值,最后经过公式计算得到对应变送器温度补偿值的自动测试系统。该系统由环境试验箱(温度调节部分)、高精度自动压力校验仪(标准压力参考)、专用工装、控制工控机、系统适配箱、系统软件组成,系统根据工艺要求完成温度控制、压力控制、自动完成线性化、温度补偿,有异常判断报警功能,分权限管理,具有线性化、温补数据备份功能。
3.2设计方案
在方案论证、设计、生产过程中,要充分考虑系统的实用性、先进性、安全性、可靠性、维修性、可测试性和可扩展性。
3.2.1系统可靠性设计
测试系统的准确可靠运行是维修质量的基础,因此,把可靠性作为首要原则贯穿于整个设计之中,作为方案设计的立足点。
3.2.2系统设计符合开放式原则
便于二次开发,软件结构简单,模块化配置,扩展灵活。另外,在构建系统测试平台时还考虑网络通讯能力,以便于同其它测试系统集成,构成分布式自动测试系统。
3.2.3采用成熟技术、标准化的设备
为保证测试系统可靠稳定地运行,方便功能扩展,在方案设计和设备选择的过程中,要考虑满足设计的指标要求,又要注意选用成熟的、先进的、能及时供货和便于日后维修的设备和技术。
3.2.4保证系统的先进性设计
在配置系统和方案设计时,注重现在和将来技术的发展。
3.2.5人机界面友好
在设计系统时,充分考虑测试系统和用户之间的相互关系,采用虚拟界面,建立良好的人机界面。
3.2.6增值降本
测试平台采用共同的测试策略,使用商业化的标准仪器设备,配合少量专用测试资源,通过“增值开发”的方式,以缩短设计时间,降低成本。
 
4.系统硬件
4.1环境试验箱
试验箱参照国标GB10589《低温试验箱技术条件》、GB11158《高温试验箱技术条件》、GB10586《湿热试验箱技术条件》,采用内置式表面加湿,冷机布置及散热方式,前侧抽屉式加水等设计方式。控制系统具有可视化,全中文菜单,程序设定操作简单,支持外部程控接口。
4.2自动压力校验仪
智能数字压力校验仪是集压力测量、电信号测量输出、开关测量、参考温度测量等多项功能于一体的高精度、低功耗智能仪表。可同时显示测量的压力值、测量的电信号值以及输出电信号值。具有程控接口,可以通过计算机程序控制仪表的设置参数及输出状态。
4.3HART-RS232转换器
适用于HART协议信号传输,通过计算机RS232串口发送、接收HART命令,提供完全的物理层接口,可以与任何具备标准HART功能的仪表和设备通信。
4.4控制计算机
控制计算机选用研华原装工控机IP℃-610,端接线的USB和PS/2键盘I/0接口可以连接各种外部设备,以便进行数据传输、备份和输入。支持单PS/2电源或冗余电源。
4.5高分辨率A/D采集卡
为了保证系统0.075级的测量精度,选取了16路16位的A/D采集卡,以满足两组8台同量程变送器同时测量,信号调理电路选用高精度5002电阻,在采集4~20mA电流信号时会得到2~10V的电压值,以符合采集卡-10~10V的采集范围。在控制计算机控制下仪表输出将通过保护电路、调理板等经PCI总线送入控制计算机。
4.6RS232通信控制卡
RS232通信卡是仪器控制的通用控制接口,控制计算机通过RS232接口给环境试验箱、自动压力校验仪、HART转换器发送各自的控制命令,并根据发送的指令接收各个仪器返回的状态信息。
 
5.系统软件
智能压力变送器系列温度补偿系统软件由系统软件、测试软件以及系统开发环境组成。系统软件包括Windows XP操作系统、各模块的设备驱动程序:系统开发环境用于开发XP下设备的驱动程序和测试软件。
5.1用户登录
为保证系统使用的安全性,系统采用角色权限管理技术,设置系统操作用户身份角色验证功能。
5.2用户管理
用户管理功能为系统管理员提供了新增用户、修改用户删除用户三项操作。
5.3系统参数配置
系统参数配置功能主要包括:温度补偿工艺流程设置和变送器信息录入。温度补偿工艺流程设置主要是对数据采集流程进行配置,系统提供了多个变送器特征值的采集流程,用户可以根据具体情况配置不同特征值的环境参数和采集时间。根据不同的特征值环境要求,配置初始温度、终止温度、恒温时间以及压力值等环境参数信息。
5.4变送器数据采集
变送器数据采集主要包括温度控制、压力控制、数据采集、系统状态监控以及系统报警等功能。温度控制包括了当前温度采集、温度PID控制、温度越线报警,系统根据每个流程的温度范围配置参数,对环境试验箱进行增温、降温操作,当达到终止温度时,按照恒温时间,进入恒温模式。压力控制包括了当前压力值采集、压力PID控制,系统根据每个流程的压力配置参数,对环境试验箱进行增压、减压操作。
数据采集主要是当系统结束恒温状态后,开始采集各个变送器当前状态下的输出值,并上传给控制计算机,控制计算机将数据进行显示和存储操作。
5.5补偿数据处理
补偿数据处理功能主要是将系统完成采集流程后根据各个变送器在不同特征值状态下的数据,根据公式计算出对应的热敏电阻值,并存入对应变送器的数据库中。
5.6数据库管理
数据库管理功能主要包括数据查询、数据删除、数据备份、报表输出等功能。
数据查询是对历史测试数据进行查询,可以根据测试人员、测试内容、测试时间进行条件查询,在对应的历史测量记录上双击鼠标左键,能够正常显示数据回放界面,数据回放可以显示出当前测量时记录的数据及波形图像。数据删除可以对历史测试数据记录进行删除,该功能模块只对系统管理员开放。数据备份可以对当前数据库信息进行备份操作。
5.7报表打印
报表打印功能是将每个变送器温度补偿测试后的数据以及经过数据计算后的热敏电阻值,按照用户规定的格式模板自动输出产品的数据报表。用户可以先从数据库中查询出需要打印的产品,然后发送导出命令,系统即可自动生成产品数据报表,并执行打印操作。
 
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