CN103697930A

CN103697930A - Hart仪表老化测试智能检测装置及检测方法

Info

Publication number: CN103697930A
Application number: CN201410003877.6A
Authority: CN
Inventors: 陈俊杰; 何斌
Original assignee: Shanghai Institute of Process Automation Instrumentation
Current assignee: Shanghai Institute of Process Automation Instrumentation
Priority date: 2014-01-06
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2014-04-02

Abstract

本发明涉及一种HART仪表老化测试智能检测装置及检测方法，包括底板、主CPU板、HART通信板、模拟量采集板、液晶显示屏、电源调整模块、继电器模块、通信模块，模拟量采集板采集模拟量处理后送主CPU板，HART仪表依次通过模拟量采集板、HART通信板与主CPU板进行通讯；主CPU板输出信号到继电器模块控制输出；主CPU板与通信模块交换数据，主CPU板输出数据到液晶显示屏显示，继电器模块和电源调整模块固定在底板上，其他部分通过连接模块与底板连接。实现对仪表的功能和性能作全自动测试和分析，全程无需人工干预，自动通道选择，自动老化测试，自动错误分析，自动发现故障产品，优化产品的生产过程，提高生产效率。

Description

HART仪表老化测试智能检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置，特别涉及一种HART仪表老化测试智能检测装置及检测方法。

背景技术

为了提高HART仪表的稳定性和可靠性，在其生产过程中，需要一系列的检测工作，各种信息及其输出信号都需要在出厂前预设和调校，同时也需要对产品性能指标进行检验，把好产品质量关，使产品达到企业或者国家的标准。调校、检验和相关的老化测试是HART仪表生产过程的重要环节，决定了整机的性能。高温老化测试可使元器件的缺陷、焊接和装配等生产过程中存在的隐患提前暴露，从而迅速检测出不良产品，提高出厂产品的稳定性和可靠性。

传统的检测方式是测试人员手动选择测试仪表，读取仪表示数，手工记录和处理数据，其缺点是误差大、测试时间长、效率低、分析处理数据工作繁杂；而自动测试系统具有精度高、数据采集快速高效、分析处理能力强等特点，大大提高了测试的精度和效率，降低了测试人员的工作强度，并能保证测试结果不受人为因素的影响。

发明内容

本发明是针对HART仪表在生产过程中检测效率低、时间长、误差大的问题，提出了一种HART仪表老化测试智能检测装置及检测方法，可实现对仪表的功能和性能作全自动测试和分析，全程无需人工干预，自动通道选择，自动老化测试，自动错误分析，自动发现故障产品，优化产品的生产过程，提高生产效率。

本发明的技术方案为：一种HART仪表老化测试智能检测装置，包括底板、主CPU板、HART通信板、模拟量采集板、液晶显示屏、电源调整模块、继电器模块、通信模块，模拟量采集板采集模拟量处理后送主CPU板， HART仪表依次通过模拟量采集板、HART通信板与主CPU板进行信息通讯；主CPU板输出信号到继电器模块控制高低温实验箱；主CPU板与通信模块交换数据，通信模块接PC机，主CPU板输出数据到液晶显示屏显示，继电器模块和电源调整模块固定在底板上，其他部分通过连接模块与底板连接，电源调整模块给各部分提供电源。

所述模拟量采集板包括HART通道和模拟量通道，HART通道依次包括保护电路、HART通信电阻、直流隔离、HART多路选择开关、光耦隔离；模拟量通道依次包括保护电路、电流采样电阻、滤波电路、模拟通道多路选择开关、仪表运放电路、AD芯片、磁耦隔离电路，模拟量采集板与整个装置的底板完全隔离。

所述主CPU板包括ARM微处理器、EEPROM储存器、RAM芯片、以太网物理层芯片、以及与底板连接模块，ARM微处理器通过以太网物理层芯片接以太网隔离变压器与PC机通讯，ARM微处理器通过RS485隔离通信电路与PC机通讯。

一种HART仪表老化测试智能检测方法，包括HART仪表老化测试智能检测装置，具体包括如下步骤：

1）装置上电，开始执行上电自检和参数初始化，准备完毕后开始等待检测开始；2）当接收到开始测量的指令后，执行通道扫描，开始切换通道，并判断该通道是否有HART仪表；

3）当某通道检测到有仪表接入的话，就会执行读取仪表的ID，并存入RAM芯片，当所有通道都扫描完毕的时候，就开始进入仪表检测程序；

4）首先判断当前通道是否存在仪表，如果存在的话，则设置仪表4mA固定输出，然后检测电流值；再设置仪表固定输出20mA，检测电流值，并把结果存入RAM芯片；

5）当前通道检测完毕后，判断是否所有通道都检测完毕，当所有通道都检测完毕的时候，通过控制继电器输出打开高低温老化箱的加热功能，开始加热仪表；6）等待一段时间后，重回步骤4）进行仪表检测程序，直到检测完毕，最后执行计算并输出检测结果。

本发明的有益效果在于：本发明HART仪表老化测试智能检测装置及检测方法，装置内置完整的HART主机数据链路层，可以自主和HART仪表进行通信，读取HART仪表的状态数据，并设置其进入固定电流输出模式，无需人工干预；装置内置液晶显示屏，可是实时显示当前的检测状态和检测结果；装置采用AD采样电阻和HART通信电阻分开的方法，提高采样精度，降低系统发热量；装置模拟量通道的多路选择开关和HART通道的多路选择开关是分开的，HART通道缓慢的通信速度并不影响到模拟量通道的高速采集，既提高了速度又降低了干扰；装置内置继电器输出功能，可以方便控制高低温箱；装置可以智能识别每一通道是否接入仪表，自动略过没有接入仪表的通道，提高检测效率。对已接入仪表的通道，装置可以全程自动完成老化测试，并计算出测试结果，极大提高生产效率；本装置具有很好的可扩展性，利用总线技术，可以方便多台装置同时进行老化测试，而无任何冲突。

附图说明

图1为本发明HART仪表老化测试智能检测装置结构框图；

图2为本发明HART仪表老化测试智能检测装置底板结构框图；

图3为本发明HART仪表老化测试智能检测装置主CPU板结构框图；

图4为本发明HART仪表老化测试智能检测装置HART通信板结构框图；

图5为本发明HART仪表老化测试智能检测装置模拟量采集板结构框图；

图6为本发明HART仪表老化测试智能检测装置检测方法主流程图；

图7为本发明HART仪表老化测试智能检测装置实施例示意图。

具体实施方式

如图1所示HART仪表老化测试智能检测装置结构框图，装置包括底板108、主CPU板104、HART通信板105、模拟量采集板106、液晶显示屏107、电源调整模块101、继电器模块102、通信模块103。电源调整模块101支持9-36V的宽电压输入，转换成内部所需要的电压；主CPU板104输出信号到继电器模块102用于控制高低温实验箱；通信模块103与主CPU板104交换数据，并把测量结果传送给外面电脑；主CPU板104负责整个系统的协调工作；主CPU板104处理的测量过程中的数据及测量结果送液晶显示屏107显示；模拟量采集板106将采集的模拟量处理后送主CPU板104，同时HART仪表依次通过模拟量采集板106和HART通信板105与主CPU板104进行信息通讯。

图2是本发明的底板108的结构框图，底板108由保护及滤波电路201、DC-DC模块202、LDO电路203、RS485隔离通信电路204、继电器输出模块102、以太网隔离变压器205、与主CPU板连接模块206、与液晶显示屏、HART通信板、模拟量采集板连接模块207组成。底板主要实现整个装置的电源供电、与电脑的数据通信、继电器的输出控制等功能。

如图3所示，本发明的主CPU板104由ARM微处理器302、EEPROM储存器301、RAM芯片303、以太网物理层芯片304、以及与底板连接模块305组成。其中ARM微处理器302是整个装置的核心部件，内置完整的HART主机链路层和检验检测算法，通过软件实现整个老化测试过程的全自动化，无需任何人工干预。EEPROM储存器301用于储存初始化参数，RAM芯片303用于储存老化测试过程中的仪表数据。

如图4所示HART通信板105结构框图，本发明的HART通信板105由HART调制解调器401、HART整形滤波电路402、HART隔离变压器403、基准电压源404、以及与底板连接模块405组成。HART通信板105主要负责建立起HART物理层链路，确保整个HART通信过程的完整性。

图5是本发明的模拟量采集板106的结构框图，模拟量采集板106比较复杂，为了提高采集精度和减少HART通信的干扰，我们采用了HART通道和模拟量通道分开传输的方案。HART通道由保护电路501、HART通信电阻503、直流隔离504、HART多路选择开关505、光耦隔离510组成；模拟量通道由保护电路501、电流采样电阻502、滤波电路506、模拟通道多路选择开关507、仪表运放电路508、AD芯片509、磁耦隔离电路511组成。模拟量采集板105与整个装置的底板108完全隔离，极大地减少了信号干扰。

图6是本发明采用的检测方法的主流程图。当设备刚上电的时候，开始执行步骤602上电自检和参数初始化，准备完毕后开始步骤603等待检测开始。当接收到开始测量的指令后，执行步骤604通道扫描，开始切换通道，并判断该通道是否有仪表605。当该通道检测到有仪表接入的话，就会执行步骤606读取仪表的ID，并存入RAM芯片607。当所有通道都扫描完毕的时候，就开始执行步骤609，进入仪表检测程序。首先判断当前通道是否存在仪表，如果存在的话，则依次执行步骤611，设置仪表4mA固定输出，然后检测电流值；再执行步骤613，设置仪表固定输出20mA，检测电流值，并把结果存入RAM芯片。当前通道检测完毕后，执行步骤617，判断是否所有通道都检测完毕。当所有通道都检测完毕的时候，通过控制继电器输出打开高低温老化箱的加热功能，开始加热仪表。等待一段时间后，重复以上的仪表检测程序609，直到检测完毕，最后执行步骤620，计算并输出检测结果。

图7是本发明专利的一个具体实施例的示意图。其中电源调整模块702DC-DC选用的是PWA2405，LDO芯片703选用的是SPX1117，液晶显示屏704选用的是SHZJ-19264B，HART多路选择开关708选用的是ADG1606，仪表运放713是AD711，AD采样芯片714选用的是AD7799，光耦隔离709采用ACPL247，磁耦隔离715采用ADUM1301，HART调制解调器720选用A5191，以太网芯片724选用KSZ8041TL。

当设备上电后，ARM微处理器723开始参数初始化，然后通过控制模拟通道多路选择开关712选择不同的通道，通过AD7799芯片714读取每一通道的电流值，如果存在仪表，则通过HART调制解调器A5191芯片720发送HART0号命令，读取并记录仪表的ID。当所有通道都检查完毕的时候，ARM微处理器723识别存在仪表的通道，通过控制模拟通道多路选择开关712分别选择存在仪表的每一通道，通过HART命令设置仪表进入固定电流输出模式输出一定的电流值，再通过AD7799芯片714读取当前的电流值并记录。第一次记录的是常温下的仪表输出值。之后，ARM微处理器723通过控制继电器输出模块728打开高低温老化箱的加热功能，把仪表加热到90℃，并持续很长一段时候后，继续重复测量步骤，并记录下仪表输出电流值。此时的电流值和常温下的电流值进行比较，并把比较结果通过RS485或者是以太网方式传给电脑并记录入数据库中。

Claims

1.一种HART仪表老化测试智能检测装置，其特征在于，包括底板、主CPU板、HART通信板、模拟量采集板、液晶显示屏、电源调整模块、继电器模块、通信模块，模拟量采集板采集模拟量处理后送主CPU板， HART仪表依次通过模拟量采集板、HART通信板与主CPU板进行信息通讯；主CPU板输出信号到继电器模块控制高低温实验箱；主CPU板与通信模块交换数据，通信模块接PC机，主CPU板输出数据到液晶显示屏显示，继电器模块和电源调整模块固定在底板上，其他部分通过连接模块与底板连接，电源调整模块给各部分提供电源。

2.根据权利要求1所述HART仪表老化测试智能检测装置，其特征在于，所述模拟量采集板包括HART通道和模拟量通道，HART通道依次包括保护电路、HART通信电阻、直流隔离、HART多路选择开关、光耦隔离；模拟量通道依次包括保护电路、电流采样电阻、滤波电路、模拟通道多路选择开关、仪表运放电路、AD芯片、磁耦隔离电路，模拟量采集板与整个装置的底板完全隔离。

3.根据权利要求1所述HART仪表老化测试智能检测装置，其特征在于，所述主CPU板包括ARM微处理器、EEPROM储存器、RAM芯片、以太网物理层芯片、以及与底板连接模块，ARM微处理器通过以太网物理层芯片接以太网隔离变压器与PC机通讯，ARM微处理器通过RS485隔离通信电路与PC机通讯。

4.一种HART仪表老化测试智能检测方法，包括HART仪表老化测试智能检测装置，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）装置上电，开始执行上电自检和参数初始化，准备完毕后开始等待检测开始；

2）当接收到开始测量的指令后，执行通道扫描，开始切换通道，并判断该通道是否有HART仪表；

5）当前通道检测完毕后，判断是否所有通道都检测完毕，当所有通道都检测完毕的时候，通过控制继电器输出打开高低温老化箱的加热功能，开始加热仪表；

6）等待一段时间后，重回步骤4）进行仪表检测程序，直到检测完毕，最后执行计算并输出检测结果。