CN104535303B - 一种执行机构部分行程与寿命的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种执行机构部分行程与寿命的测试装置及方法，包括测试控制模块，信号处理模块，信号收发模块，存储模块和电源管理模块；测试控制模块经过信号处理模块向信号收发模块发送开度控制信号，信号收发模块将开度控制信号进行转换，并将调整后的开度控制信号发送给执行机构，进行执行机构的寿命测试或者进行执行机构的部分行程测试；执行机构向信号收发模块发送开度反馈信号，信号收发模块将接收的开度反馈信号进行转化，并将转化后的开度反馈信号经过信号处理模块，发送给测试控制模块。本发明能够对执行机构进行部分行程测试、长期工作稳定性测试和可靠性疲劳测试，并在测试过程中对执行机构的长期工作性能进行监视和判定。

Description

一种执行机构部分行程与寿命的测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种执行机构测试装置，特别涉及一种执行机构部分行程与寿命的测试装置及方法。

背景技术

在执行机构领域的新产品研制与试制过程中，对于新设计和新样品，往往需要通过长时间、高频次的全行程或部分行程测试来验证样品在实际或模拟的使用环境和应力条件下的耐受性情况。特别是在研制具有特殊安全功能用途的大口径、特型阀门的过程中，无论是从产品认证的目的出发，还是向预期用户提供实际可靠性数据的角度来看，都需要有专用的设备和装置在执行机构实际投入使用前，在模拟真实应用环境的条件下，例如模拟真实使用的条件下的管道介质和管道压力，对此类产品进行长时间的耐受性测试。在测试过程中，除要模拟执行机构的使用环境(例如流经介质，外部温度)和工作应力(承压)，还要不停地进行执行机构的启/闭行程试验，并且监视测试过程，采集测试数据，以便结合试验现象，从采集测试数据中发现执行机构在设计和制造中的某些薄弱环节，验证其声称最大可动作次数和实际可动作次数之间的差异(对于执行机构而言，声称的最大可动作次数代表了此类产品的工作寿命)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种针对执行机构整机的、通过自动测试手段实现的，用于可靠性寿命测试和长期工作性能测试判定的执行机构部分行程与寿命的测试装置及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种执行机构部分行程与寿命的测试装置，包括测试控制模块、信号处理模块、信号收发模块、存储模块和电源管理模块；

所述测试控制模块向信号处理模块发送用于控制执行机构运动到目标开度位置的开度控制信号，所述信号处理模块将接收的开度控制信号发送给信号收发模块，所述信号收发模块将接收的开度控制信号进行转换，并将调整后的开度控制信号发送给执行机构，通过控制执行机构的开启与关闭以进行执行机构的寿命测试，或者控制执行机构运动到目标开度位置以进行执行机构的部分行程测试；

所述执行机构向信号收发模块发送发送携带有执行机构实际开度位置信息的开度反馈信号，所述信号收发模块将接收的开度反馈信号进行转化，并将转化后的开度反馈信号发送给信号处理模块，所述信号处理模块将接收到的开度反馈信号发送给测试控制模块；

所述电源管理模块用于为测试控制模块、信号处理模块、信号收发模块和存储模块供电。

本发明的有益效果是：本发明能够对执行机构进行部分行程测试、可靠性疲劳测试，并在测试过程中对执行机构的长期工作性能进行监视和判定，解决执行机构在研制阶段和出厂检验阶段缺少自动化部分行程测试、长期工作性能测试和可靠性等寿命测试辅助设备与数据收集装置的困境。解决众多的阀门设计与制造商，缺少专用的执行机构可靠性、可用性检验测试装置和实施手段的技术难题。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述信号收发模块将接收的开度控制信号进行转换具体为，将开度控制信号转化为电流开度控制信号、将开度控制信号转化为电压开度控制信号或将开度控制信号转化为继电器开启/闭合开度控制信号。

进一步，还包括显示模块，所述显示模块与所述测试控制模块连接，用于显示测试应用程序。

进一步，还包括触摸控制模块，所述触摸控制模块设置于显示模块上，用于进行触摸操控，向测试应用程序输入配置参数，测试应用程序将配置参数发送给所述测试控制模块。

进一步，一种利用执行机构部分行程与寿命的测试装置进行执行机构部分行程测试的方法，包括以下步骤：

步骤1：测试装置向执行机构发送开度控制信号，执行机构根据开度控制信号向目标开度位置运动；

步骤2：测试装置在每个扫描周期中不断采集执行机构发送的开度反馈信号，根据开度反馈信号判断执行机构的实际行程位置，当执行机构运动到预定部分行程，执行步骤4，否则，执行步骤3；

步骤3：在当前扫描周期中执行机构暂未达到预定部分行程，判断此时执行机构的运动时间是否已经超过了测试信号建立允许时间，如果此时已超出测试信号建立允许时间，则提示超信号建立时间的测试故障，否则，在下一扫描周期时重复执行步骤2；

步骤4：在当前扫描周期中执行机构达到预定部分行程，记录执行机构达到此预定部分行程处的时间值，开始记录信号稳定时间；

步骤5：判断信号稳定时间是否达到预定稳定时间，如未达到，则重复执行步骤5，直到信号稳定时间达到预定稳定时间，判断执行机构的开度反馈信号是否符合预定精度范围内，若在预定精度范围内，执行机构运动到终点，测试结束，否则，提示超出精度范围故障，测试因故障停止。

进一步，所述开度控制信号为电流开度控制信号、电压开度控制信号或者继电器开启/闭合开度控制信号。

进一步，当开度控制信号具体为继电器开启/闭合开度控制信号时，所述步骤4与步骤5之间还包括所述步骤4.1：判断执行机构是否已经达到预期的行程终点，若未达到预期行程终点，则保持执行机构继续运动，否则，使执行机构停止运动。

进一步，所述步骤1之前还包括：利用设置于显示模块上的触摸控制模块采集用户向测试应用程序输入的配置参数，测试应用程序将配置参数发送给所述测试控制模块，所述测试控制模块根据配置参数生成开度控制信号。

进一步，一种利用执行机构部分行程与寿命的测试装置进行执行机构寿命测试的方法，包括以下步骤：

步骤A：测试装置向执行机构发送向目标开度位置运动的开度控制信号，执行机构根据开度控制信号由起点向目标开度位置运动；

步骤B：当执行机构运行到目标开度位置时，测试装置向执行机构发送返回起始点的开度控制信号，执行机构沿目标开度位置的反方向运动；

步骤C：执行机构根据开度控制信号在起点与目标开度位置间进行按照预定次数进行往复运动，测试装置不断的记录执行机构发送的开度反馈信号，直至执行机构运动达到最大动作次数。

进一步，所述步骤A之前还包括：利用设置于显示模块上的触摸控制模块采集用户向测试应用程序输入的预定次数的步骤。

附图说明

图1为本发明装置结构图；

图2为本发明使用电压或电流开度控制信号驱动执行机构时流程图；

图3为本发明使用继电器开启/闭合开度控制信号驱动执行机构时流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、测试控制模块，2、信号处理模块，3、信号收发模块，4、存储模块，5、电源管理模块，6、执行机构，7、显示模块，8、触摸控制模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明装置结构图；图2为本发明电压或电流开度控制信号驱动执行机构时流程图；图3为本发明继电器开启/闭合开度控制信号驱动执行机构时流程图。

实施例1

一种执行机构部分行程与寿命的测试装置，包括测试控制模块1、信号处理模块2、信号收发模块3、存储模块4和电源管理模块5；

所述测试控制模块1向信号处理模块2发送用于控制执行机构运动到目标开度位置的开度控制信号，所述信号处理模块2将接收的开度控制信号发送给信号收发模块3，所述信号收发模块3将接收的开度控制信号进行转换，并将调整后的开度控制信号发送给执行机构6，通过控制执行机构6的开启与关闭以进行执行机构的寿命测试，或者控制执行机构6运动到目标开度位置以进行执行机构的部分行程测试；

所述执行机构6向信号收发模块3发送携带有执行机构实际开度位置信息的开度反馈信号，所述信号收发模块3将接收的开度反馈信号进行转化，并将转化后的开度反馈信号发送给信号处理模块2，所述信号处理模块2将接收到的开度反馈信号发送给测试控制模块1；

所述电源管理模块5用于为测试控制模块1、信号处理模块2、信号收发模块3和存储模块4供电。

所述信号收发模块3将接收的开度控制信号进行转换具体为，将开度控制信号转化为电流开度控制信号、将开度控制信号转化为电压开度控制信号或将开度控制信号转化为继电器开启/闭合开度控制信号。

还包括显示模块7，所述显示模块7与所述测试控制模块1连接，用于显示测试应用程序。

还包括触摸控制模块8，所述触摸控制模块8设置于显示模块7上，用于进行触摸操控，向测试应用程序输入配置参数，测试应用程序将配置参数发送给所述测试控制模块1。

一种利用执行机构部分行程与寿命的测试装置进行执行机构部分行程测试的方法，包括以下步骤：

步骤1：测试装置向执行机构发送开度控制信号，执行机构根据开度控制信号向目标开度位置运动；

步骤2：测试装置在每个扫描周期中不断采集执行机构发送的开度反馈信号，根据开度反馈信号判断执行机构的实际行程位置，当执行机构运动到预定部分行程，执行步骤4，否则，执行步骤3；

步骤3：在当前扫描周期中执行机构暂未达到预定部分行程，判断此时执行机构的运动时间是否已经超过了测试信号建立允许时间，如果此时已超出测试信号建立允许时间，则提示超信号建立时间的测试故障，否则，在下一扫描周期时重复执行步骤2；

步骤4：在当前扫描周期中执行机构达到预定部分行程，记录执行机构达到此预定部分行程处的时间值，开始记录信号稳定时间；

步骤5：判断信号稳定时间是否达到预定稳定时间，如未达到，则重复执行步骤5，直到信号稳定时间达到预定稳定时间，判断执行机构的开度反馈信号是否符合预定精度范围内，若在预定精度范围内，执行机构运动到终点，结束，否则，提示超出精度范围故障，测试因故障停止。

所述开度控制信号为电流开度控制信号、电压开度控制信号或者继电器开启/闭合开度控制信号。

当开度控制信号具体为继电器开启/闭合开度控制信号时，所述步骤4与步骤5之间还包括所述步骤4.1：判断执行机构是否已经达到预期的行程终点，若未达到预期行程终点，则保持执行机构继续运动，否则，使执行机构停止运动。

所述步骤1之前还包括：利用设置于显示模块7上的触摸控制模块8采集用户向测试应用程序输入的配置参数，测试应用程序将配置参数发送给所述测试控制模块1，所述测试控制模块1根据配置参数生成开度控制信号。

一种利用执行机构部分行程与寿命的测试装置进行执行机构寿命测试的方法，包括以下步骤：

步骤A：测试装置向执行机构发送向目标开度位置运动的开度控制信号，执行机构根据开度控制信号由起点向目标开度位置运动；

步骤B：当执行机构运行到目标开度位置时，测试装置向执行机构发送返回起始点的开度控制信号，执行机构沿目标开度位置的反方向运动；

步骤C：执行机构根据开度控制信号在起点与目标开度位置间进行按照预定次数进行往复运动，测试装置不断的记录执行机构发送的开度反馈信号，直至执行机构运动达到最大动作次数。

不同于部分行程测试的是：寿命测试的行程测试点一般多在阀门的全开和全关位置之间进行，而部分行程测试的测试点为多个，且可以设置为执行机构的任意开度。两种测试方式都可以使用任意一种信号控制方式(电流开度控制信号、电压开度控制信号或者继电器开启/闭合开度控制信号)来执行。

所述步骤A之前还包括：利用设置于显示模块7上的触摸控制模块8采集用户向测试应用程序输入的预定次数的步骤。

在具体实施中，由于本专利所需测试的对象为执行机构整体，因此本专利所述的测试装置需支持不同类型、不同接口的执行机构。根据对执行机构的种类和电气接口的汇总，目前执行机构的电气驱动方式主要有以下几种：

1)直流4～20mA信号驱动方式(也存在直流0～20mA驱动的方式)；

2)直流1～5V信号驱动方式(也存在直流0～5V驱动的方式)；

3)(双)继电器驱动方式。(执行机构在其中一个继电器接通时向开度增大的方向运动，另一个继电器接通时向开度减小的方向运动)。

本测试装置的第一项功能是对执行机构进行部分行程测试(Partial ValveStroke Test,PVST)，在执行机构子系统中，由于执行紧急切断等安全功能的执行机构系统在实际控制过程中有可能长期处于静止不动的状态，在静止状态下发生故障时有可能导致其中的成套执行机构中的阀门子系统无法开启和关闭，为了验证执行机构在长期待命过程中是否发生了此类故障，会要求定期执行PVST。

PVST实施的过程需借助专用的测试设备，通过向执行机构输出一个较小范围的开度调整信号，命令执行机构在当前开度位置的附近进行一个小范围的开度变化，并将反映执行机构实际开度变化的信号反馈给测试设备来进行运动精度的判定，从而实现执行机构子系统功能的在线检验测试(Online Proof Test)，即部分行程测试PVST

本测试装置的第二项功能是对执行机构进行寿命加速试验，在阀门生产和制造企业中，为了验证执行机构的使用寿命，需要通过高频次的阀门启/闭运动来验证采用了新设计、新材料的执行机构本身的寿命和可靠性。在模拟或者真实的工况条件下，借助本测试装置驱动执行机构实现上万次乃至上百万次的无人值守自动测试，让执行机构在完全开启和完全关闭这两种状态间反复切换，并根据测试过程中的测试记录与测试现象(例如测试过程中执行机构反馈信号卡死，执行机构本身损坏等)，来验证执行机构在实际工况下的实际可动作次数(该指标即为常作为阀门的使用寿命指标)，并充分暴露出其在设计阶段、制造工艺阶段的薄弱环节。

可见，本测试装置的不同测试功能虽然是采用同种测试原理实现的，但可根据不同的测试配置方式来达到行程测试或寿命加速测试这两种不同的测试目的。

当测试的目的是为了验证执行机构在长期静止后是否仍然能够正常工作时，本测试装置对执行机构执行的是一个部分行程测试。此时测试方案配置成测试总次数较少，且仅要求执行机构在某特定开度的左右两侧一个较窄的范围内往复移动，例如开度变化路线为40％±5％。本测试适用的场合往往是在工业现场，适用的时机是在设备或者设施大规模维检修的期间。在此测试中，借助本测试装置的灵活性和便携性，将测试方案配置成以某个开度点为中心，对执行机构的开度进行一个小范围的调节，以对执行机构整体进行功能性检验。

当测试的目的是为了验证执行机构在长期运动过程中的整体寿命情况时，此时应对执行机构进行寿命加速试验。此时的测试方案应配置成测试总次数较多(1～100万次之间)，让执行机构在多个特定的开度点之间运动的寿命加速测试方案。在此测试中，执行机构按照所设定的行程路线，在无人值守的情况下按照设定的测试次数往复运动。测试装置记录测试过程关键参数，进而监视被测对象的工作状态。除非测试过程中发生可导致测试失败的故障，例如执行机构的损坏、设备性能的降低等，否则测试不会终止。通过这种方式可验证在工作应力条件下(测试时有可能将执行机构安装在实际或者模拟的工况条件下进行)执行机构的实际使用寿命情况(对于执行机构系统来说，寿命指标当前往往是借助最大动作次数来标识的)。

本测试装置的硬件模块可分为：测试控制模块，信号处理模块，信号收发模块，存储模块，电源管理模块，显示模块和触摸控制模块。功能说明如下：

电源管理模块，为整个硬件系统提供各种电源工作信号，其中包括一路直流12V电压信号，一路直流5V电压信号、一路直流3.3V电压信号，供其他子系统使用，输入：24VDC*1，输出：12VDC*1；5VDC*1；3.3VDC*1；

测试控制模块，本模块是软件部分中的系统BIOS、嵌入式操作系统WES7与测试控制程序运行的硬件平台，测试控制子系统与信号处理子系统之间通过UART端口连接，采用自行定义的执行机构行程与寿命测试通讯协议与信号处理模块通讯，通过该模块来控制信号发生与接收模块中产生测试控制信号，接受执行机构的测试反馈信号，进而控制整个测试过程。测试控制子系统上的WES7通过20pin的单6bit LVDS接口与显示子系统连接，并驱动其显示图形信号；测试控制子系统上的WES7通过4pin USB接口与触摸操控子系统连接，并接收其产生的用户触摸位置信号；SATA Power为12V直流供电电压，用于存储模块的供电。测试控制子系统通过SATA DATA接口，对测试装置内置的存储介质进行数据的读出和写入；测试控制子系统上运行的测试控制程序向信号处理子系统下发表示预期开度D/A值，并将信号处理子系统上传的实际开度反馈A/D值转换为百分比开度值。

显示模块，测试控制应用程序的显示屏幕，10.4英寸液晶显示屏幕(型号TM104SDH03)、分辨率800*600、单6-bit LVDS接口。输入电源电压5V，LED驱动电路电源12V。

触摸控制模块，附着在显示模块屏幕上的触摸操控面板，感应用户手指的触摸，产生触摸控制电信号，以USB数据的方式送往测试控制子系统，10.4英寸电阻式触摸板，USB接口，采用u-touch触摸驱动软件。

存储模块，用来安装WES7、测试控制程序和存储测试数据记录的物理存储介质。测试记录中包括了测试配置参数和测试过程数据。存储子系统的物理介质为采用SATA 3.0接口的64GB固态硬盘，最大传输速率8Gbit/s。

信号处理模块，1)向上与测试控制模块通讯；接受来自信号控制程序的信号发生控制指令，上传表示执行机构反馈行程的A/D转换值。2)驱动信号发生与接收模块产生测试控制信号，并接收其转换的执行机构反馈信号；3)产生有两种类型的测试控制信号，a)和b)两种方式的驱动信号不可同时产生：a)4～20mA直流电流和1～5V直流电压模拟控制信号、b)开度增大与开度减小继电器触点控制信号。该模块以C8051F020单片机为核心、使用内置的12位ADC(模拟/数字转换)和DAC(数字/模拟转换)模块、采用GPIO控制继电器。

信号收发模块，1)接收来自信号处理模块的运动控制(D/A值或继电器开关命令)，并转换成相应的运动控制信号送往执行机构；2)接收执行机构的开度反馈信号，并转换为A/D值送给信号处理模块，在整个信号变换过程中起到信号隔离、变换的作用。1)将ADC发出的0～5V信号变换为0～20mA控制信号和0～5V控制信号；2)将GPIO发生的电平信号转换为继电器开启/闭合开度控制信号；3)将执行机构反馈的0～20mA信号转换为0～5V电平信号，送至信号处理子系统的DAC。

本测试装置中自行设计的软件程序主要有信号处理程序和测试控制程序。

1)信号处理程序；

信号处理程序是下装在本测试装置的信号处理模块中，由该模块部分负责运行的软件程序，主要可分为以下几个部分：

a)通讯控制与协议处理部分；

b)运行与控制部分；

c)数据处理与端口控制部分；

a)通讯控制与协议处理部分

本部分主要负责处理和解析与测试控制程序之间的通讯过程，为了保证整个通讯过程的稳健性，测试控制程序与信号处理程序之间的通讯协议采用了主-从关系的问询与应答通讯机制。整个通讯过程分为以下几个过程：

i.通讯关系的断开和再建立过程

在测试控制应用程序启动时，由于测试控制程序尚不清楚信号处理程序当前的通讯状态，因此无论信号处理程序处于何种状态，测试控制程序应该向信号处理程序发送一个断开连接的请求帧，接受到该请求后信号处理程序此时应清除掉自身所有的通讯变量和状态，恢复到未建立连接之前的初始状态，即“未连接”的状态。

此后，运行测试控制应用程序的核心板向运行信号处理程序的单片机发送一个再次建立连接的请求，根据该请求，信号处理程序将自身的状态置为“已连接”状态，并向测试控制程序发送一个连接建立回复帧，以指示自身的状态。

ii.开度控制请求与回复

当双方的通讯关系置为“已连接”后，测试控制程序将需要向信号处理程序发送一个包含预期开度值的开度控制请求帧。收到该请求后，信号处理程序将通过校验机制和序列号来判断通讯过程中是否存在错误。若请求无误，根据该请求，信号处理程序将向信号发生子系统发出预期开度信号，指示执行机构向着目标方向运动，同时信号处理程序向测试控制程序发出一个开度控制回复，表示已经完全接收到了该开度控制的请求命令。

若在通讯过程中，测试控制程序未接收到该开度控制回复，或接收到的开度控制回复有误，则测试控制程序会再次尝试向信号处理程序发送开度控制请求，连续尝试10次仍不成功后报通讯故障。

iii.开度查询与回复

当信号处理程序接收到了开度控制命令，控制着执行机构向着预定开度方向运动的过程中，测试控制程序需要不断地对实际开度情况进行查询，以监视测试过程。

因此，测试控制程序在成功地接收到了开度控制回复后，将周期性地向信号处理程序发送开度查询请求，针对每次查询请求，信号处理程序都应该向测试控制程序回复一个开度查询的回复帧。

在开度查询的过程中，若测试控制程序未接收到该开度查询回复，或接收到的开度查询请求有误，则测试控制程序会再次尝试向信号处理程序发送开度查询请求，连续尝试10次仍不成功后报通讯故障。

iv.开度控制停止请求

当开度查询回复的信号显示出执行机构的实际开度已经达到了预期开度时，测试控制程序应该控制执行机构向着新的开度位置运动或不再发送新的开度控制指令并停止采集反馈信号。此时应向信号处理程序发送一个停止采样请求，根据该请求，信号处理程序将停止对执行机构所反馈的开度位置信号的采样。

此请求发出后，信号处理程序无需回复反馈信号。

b)运行控制部分

信号处理程序中的运行控制部分主要负责单片机在整个上电工作过程中的运行控制，它包括了单片机部分的初始化过程与设置参数、代码扫描与执行过程、错误与故障处理过程、单片机对所有信号处理程序中的片上资源的使用过程。上述过程构成了整个单片机系统自身运行的基础。由于此部分的内容大多是基于由单片机自身的硬件结构和基础软件程序所实现，不属于本专利的主权利保护范围的要求，因此不做过多的详细介绍。

c)数据处理与端口控制部分

信号处理程序中的数据处理和端口运行控制部分主要负责完成与数据处理和信号转换相关的硬件驱动和软件转换功能：

数据处理与端口控制部分中还负责实现对单片机内部的12位ADC(模拟/数字转换器)和12位DAC(数字/模拟转换器)的硬件设备驱动功能

基于上述硬件驱动功能，数据处理与端口控制程序部分实现了以下两项信号转换功能：

执行机构4～20mA反馈信号与ADC中的A/D(模拟/数字)值的转换；在该转换过程中，将执行机构输入的4～20mA反馈信号转换为ADC的A/D值。当信号处理程序回复开度查询请求时，将此表示实际开度的A/D转换结果发送给测试控制程序。

DAC中的D/A值(数字/模拟)与执行机构测试模拟控制信号之间的转换；在该转换过程中，可以根据开度控制命令中的开度D/A值产生相应外部信号发生子系统的模拟驱动信号，从而驱动信号发生子系统。

需要说明的是，本测试装置上的显示需要以开度范围0～100％的方式来进行显示，从而和执行机构定位器上的开度显示方式保持一致。但是在信号处理程序中，即单片机中，只是简单的执行信号转换以及信号转换结果的收/发工作，不会将ADC和DAC的数值直接转换为开度值，该项工作是由测试控制程序来完成的。

2)测试控制程序；

测试控制程序是运行在测试控制模块中的应用程序，可分为校准、测试配置、响应时间配置、行程配置、测试控制与显示、用户等界面，下文中通过对其的测试配置与操作过程，以及测试的控制与过程监视过程进行说明。

a)测试配置与操作过程；

在每次测试开始前，需通过测试控制程序中的配置与操作界面对测试所必需的测试参数进行设置。在测试控制程序中，这些必要的参数及其所属的模块关系如下：

用户界面中的配置参数；

用户锁定密码。在用户模块中可以创建、更改和取消用户密码。使用该密码可以对测试装置进行锁定和或解锁。该用户密码是一个四位的数字密码。对该密码的操作不受测试装置状态的约束和限制，除已锁定状态外，随时都可执行与该密码相关的操作。

校准界面中的配置参数；

测试装置所发生的4～20mA信号需要进行零点的校准，即输出信号零点校准。校准时测试装置将发出当前设备内自定义的直流4mA信号幅值。外部校准设备，例如万用表，接受到该信号时若显示数值存在偏差，可使用测试程序上的校准旋钮进行校准。

测试设备内部定义的输入信号需进行校准，即输入零点校准。输入零点校准时需外接一个标准的输入零点信号，例如直流4mA电流信号。输入校准界面上会显示根据当前信号转换关系将当前的输入校准信号转换成的mA信号值，当该数值与4.000mA偏离较大时，需要通过调整输入校准旋钮使之尽可能地接近4.000mA。

测试配置界面中的配置参数；

测试次数，即本次测试共多少个测试周期。

测试输入信号零点、满量程点与执行机构开度的映射关系，即建立经校准后的输入零点、满量程点信号与执行机构开度数值的映射关系。一般来说执行机构存在“电开式”、“电关式”两种配置情况，其中“电开式”的执行机构是将输入信号的零点(直流4mA电流信号或者直流1V电压信号)映射为开度0％，将输入信号的满量程点(直流20mA电流信号或者直流5V电压信号)映射为开度100％。为了兼顾其他配置方式的执行机构，应提供用户根据实际测试条件进行设置的方式予以设置。

测试间隔时间配置。在测试间隔中，相邻的测试周期与测试行程之间可能会需要进行一段时间的停顿，以避免执行机构的机械部件或者电动部件由于连续测试导致热保护等原因导致测试过程意外失败。因此应允许用户根据实际测试需求设置测试间隔的时间值，该值的可调范围为1～30秒可调，默认值为1秒。

测试要求精度配置。本测试装置的目的是为了验证在测试过程中，执行机构整体能够始终保持宣称的工作精度，即生命周期内输出信号精度的可靠性。因此，本测试装置应对执行机构的开度反馈信号与预期开度信号之间的误差进行监视。在测试过程中，若测试信号在单次测试行程结束时的开度位置与预期位置的误差超出了此精度允许范围时，应报“超出精度允许范围”故障。

响应时间配置中的配置参数；

响应时间配置操作界面主要对测试过程中一些关键的时间允许量值进行设置，在整个测试过程中执行机构的测试响应时间方面的特性应始终处于允许的范围内，否则将报相应的测试故障。

行程允许建立时间设置。行程过程中的允许建立时间是指执行机构的反馈信号从本次行程起点运动到本次行程终点90％时的时间阈值。若在任意一次行程测试过程中，实际测试值超出了该阈值要求，应报“超建立时间”故障。该时间阈值的可设置范围为1～300秒，可调节步长为1秒，默认设置为100秒。

行程允许稳定时间设置。行程允许稳定时间，是指单次行程测试过程中，当执行机构的反馈信号到达本次测试行程的90％值后，测试程序等待所设的时间值后再进行精度判定。若此时精度判定的结果为符合要求，则本次行程测试结束，否则应报“超测试精度要求”故障。该时间阈值的可设置范围为1～10秒，可调节步长为1秒，默认设置为3秒。

设置参数的图形化示意。由于前述两个时间设置值概念不易理解，因此在本模块的显示界面中的下半部分有一个图形化的显示区域，用于表示在行程测试过程中上述时间值的概念含义。

行程配置界面中的配置参数；

行程配置界面主要提供对每个测试周期内的测试行程进行配置的功能。本功能主要支持行程配置界面的各项要素进行触摸式设置，主要有以下设置功能：

单测试周期内行程点个数的设置。通过本界面右上角的“添加”和“删除”按键，可以对测试方案中的行程点个数进行设置，对行程点的添加和删除都是针对当前激活的行程点而言的。在不满12个行程点的情况下，新添加的行程点将添加在当前激活行程点的后面，且其开度值与前述的行程点开度保持一致。除行程点1外，点“删除”按键时将删除当前激活的行程点，后续的行程点将向前依次缩进。

各行程点开度的调节。通过本界面中的调节旋钮和四个方向键，可以实现对所有行程位置点的激活和开度调节。其中调节旋钮用做对开度的粗调，上下方向键用于对开度的细调。左右方向键实现对激活位置点的顺序选择。行程位置点的开度都可在0～100％之间任意调节，最小调节步长为1％。

当上述参数配置完成后，就可以进入测试控制模块开始测试过程了。

b)测试的控制与过程监视过程；

在测试控制与显示界面中，可对测试过程进行控制，也可以所有测试过程中的参数进行观测和监视。测试开始后，除用户界面外，其他配置界面均被锁定，用户不可访问，所以在本界面中还提供了对本次测试配置方案的查询功能。

测试状态显示区域。该部分位于界面可操控区域的左侧。由测试行程显示、测试状态显示和测试配置显示三部分组成。

测试行程显示部分主要用于显示当前测试过程中的行程段，同时当需要对其他的测试段进行查询时，会暂时显示出被查询的行程测试段，当8秒内不再发生其他行程测试段的查询操作时，该区域的显示内容切换回当前行程测试段。

测试状态显示部分将显示以下参数内容：

当前测试次数，指示当前的测试次数，显示内容为1～所设置的测试次数；

当前测试状态，有“未开始”、“测试中”、“暂停中”、“有故障”、“等待中”几种状态；

当前测试开度，用数字LCD的方式对当前执行机构反馈信号转换为开度值的方式进行显示，显示值保留一位小数，从0.0％至100.0％；

测试故障状态，有“当前测试无故障..”、“输入信号故障….”、”超信号建立时间..”、“超信号精度要求...”等几种显示状态。

测试配置显示部分主要对之前所做的测试配置内容进行显示，便于用户在测试过程中随时了解本次测试参数配置情况。显示的参数主要有：

本次测试设置的总周期数；

本次测试设置的测试精度要求，单位％F.S；

本次测试设置的测试间隔；

本次测试的行程信号建立允许时间T₉₀；

本次测试的行程信号的稳定允许时间；

测试控制与查询区域。测试控制与查询区域主要对测试过程进行控制，主要有以下功能：

行程测试方案的显示与查询功能，在测试控制与查询区域上半部将显示一个与行程测试方案相一致的微型测试方案示意图，在该区域中可显示出本次行程测试方案中已设置的测试行程位置点及序号，并指示当前正处的行程测试段和当前正在查询的行程测试段(如执行了查询操作)。通过“上一组”和“下一组”按键可对测试配置方案的其他测试段进行顺序化查询；被查询的测试段将暂时显示在测试行程显示区域。8秒内无其他查询操作时，该区域的显示结果将切换回当前测试段。本功能在锁定和非锁定状态下都可以使用。

测试过程控制功能，通过测试过程控制区域“运行/暂停”按键、“终止”按键对测试过程进行控制；当点击“运行”按键后，该按键的名称改为“暂停”字样，并测试开始；测试中点击“暂停”键，整个测试进入到暂停状态。再次点击该按键时，测试过程恢复到继续运行状态。

装置锁定功能。通过“锁定/解锁”按键对测试过程中的可操作状态进行“锁定”和“解锁”操作；

测试记录保存功能。测试正常结束或者意外终止后，在锁定按键的下方会出现一个“保存测试记录”按键，通过“保存测试记录”按键可对本次测试的测试记录进行保存。被保存的测试记录按照测试记录生成的先后顺序进行编号，并标注有保存的具体时间点。保存时会出现保存进度条，保存结束后测试程序切换至测试配置界面，测试程序恢复至测试未开始的阶段。

整个测试过程会依据行程测试配置阶段的测试方案，分解为一个个测试周期。单个测试周期又被分解为若干个行程测试过程。因此，无论是部分行程测试还是寿命测试，这些行程测试过程是本测试装置最基本的测试单元。根据执行机构所需驱动信号的特点，这些基本的测试过程可分为两种类型：

采用模拟信号驱动方式的基本行程测试过程，结合图2，该基本行程测试执行的顺序可描述如下：(图2中T₉₀时间为在响应时间设置阶段设置的信号允许建立时间值)

①测试开始后，测试装置向执行机构发出一个表示本次行程运动终点的测试控制模拟电压和电流信号(采用模拟信号控制时，这两个信号是同时发生的)，此后执行机构向着该行程终点的方向运动。该行程运动终点的位置为用户在行程配置过程中的设定值。随后应执行②。

②测试装置在其每一个扫描周期中不断地采集执行机构的行程反馈信号，判断当前执行机构的实际行程位置。在扫描周期中，若执行机构已经运动到了本次行程绝对距离的90％时，认为执行机构已经运动了T₉₀行程位置，执行④，否则认为没有达到该行程位置，执行③。

③如果在一次扫描周期中执行机构暂未达到T₉₀行程位置，那么此时应判断是否已经超过了测试信号建立允许时间T₉₀值。如果此时已经超出了T₉₀时间值，意味着在本次测试中执行机构的响应时间已经超出了测试要求，应该产生一个超信号建立时间的测试故障。如果没有超出该时间值，那么应该继续测试，在下一个扫描周期中继续判断。

④如果在一次扫描周期中执行机构已经达到了T₉₀行程位置，那么此时应记录达到90％绝对行程的时间值。由于在上一扫描周期中判断结果必然是未达到90％行程，也没有超T90时间(否则此时已经报测试超信号建立时间故障)，所以此后应该开始对信号允许稳定时间进行计时，即执行⑤。

⑤在接下来的扫描周期中，对信号是否达到设定的允许稳定时间进行判断，若未达到设定的允许稳定时间，则在本次扫描周期中不做任何工作，在下一扫描周期中继续判定。若已经达到设定的稳定时间，则应该执行⑥。

⑥在达到设定的稳定时间后，应判断执行机构的行程位置是否在目标行程位置附近允许的精度范围内，若符合设定的精度要求，则执行⑦。若未达到设定的测试要求精度值，则应报“超出测试要求精度”故障，测试因故障而终止。

⑦至此，本次基本行程测试已经成功，测试过程中没有发生故障。此时应保持向执行机构发出的行程终点位置信号，等待设定的测试间隔时间，随后本次行程测试过程结束。

接下来的测试过程，存在几种可能：

1)如果本次行程测试不是本测试周期的最后一段测试行程，那么测试将以下一个行程测试点为目标行程点，重复①～⑦的过程。

2)如果本次行程测试是本测试周期的最后一个行程段，但本测试周期不是本次测试的最后一个周期，那么测试将以一个新测试周期首个行程段的终点为目标行程点，执行下一个测试周期的首段测试行程。

3)如果本次行程测试是本测试周期的最后一个行程段，且本测试周期是本次测试的最后一个周期。那么本次测试的全部行程测试都已经正确执行，且执行过程无故障，测试全部结束。

采用继电器信号驱动方式的基本行程测试过程，如图3所示；与采用模拟信号驱动的基本行程测试过程相比，存在一些不同，主要有：

①测试开始后，测试装置判断执行机构当前行程位置与行程段终点位置的关系后，闭合行程增大运动控制继电器或者行程减小运动控制继电器。此后执行机构向着本次行程终点的方向运动。该行程运动终点的位置为用户在行程配置过程中的设定值。随后应执行②。

②测试装置在其每一个扫描周期中不断地采集执行机构的行程反馈信号，判断当前执行机构的实际行程位置。在扫描周期中，若执行机构已经运动到了本次行程绝对距离的90％时，认为执行机构已经运动了90％行程位置，执行④，否则认为没有达到该行程位置，执行③。

③如果在一次扫描周期中执行机构暂未达到90％行程位置，那么此时应判断是否已经超过了测试信号建立允许时间T₉₀值。如果此时已经超出了T90时间值，意味着在本次测试中执行机构的响应时间已经超出了测试要求，应该产生一个超信号建立时间的测试故障。如果没有超出该时间值，那么应该继续测试，在下一个扫描周期中继续判断。

④如果在一次扫描周期中执行机构已经达到了90％行程位置，那么此时应记录达到90％绝对行程的时间值。由于在上一扫描周期中判断结果必然是未达到90％行程，也没有超T90时间(否则此时已经报测试超信号建立时间故障)，所以此后应该开始对信号允许稳定时间进行计时，即执行⑤。

⑤判断执行机构是否已经达到预期的行程终点位置时，若未达到预期行程终点位置，则保持继续闭合，反之断开被闭合的继电器，执行⑥。

⑥断开正向或反向运动控制继电器，然后开始计时，并执行⑦。

⑦判断计时是否达到设定的稳定时间值，如未达到，不做任何操作，在下一个扫描周期中继续执行此项判定。

⑧如已达到设定的稳定时间值后，判定执行机构的行程反馈信号是否在要求的精度范围内，若符合设定的精度要求，则执行⑨。若未达到设定的测试要求精度值，则应报“超出测试要求精度”故障，测试因故障而终止。

⑨至此，本次基本行程测试已经成功，测试过程中没有发生故障。此时应保持向执行机构发出的行程终点位置信号，等待设定的测试间隔时间，随后本次行程测试过程结束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种执行机构部分行程与寿命的测试装置，其特征在于：包括测试控制模块(1)、信号处理模块(2)、信号收发模块(3)、存储模块(4)和电源管理模块(5)；

所述测试控制模块(1)向信号处理模块(2)发送用于控制执行机构运动到目标开度位置的开度控制信号，所述信号处理模块(2)将接收的开度控制信号发送给信号收发模块(3)，所述信号收发模块(3)将接收的开度控制信号进行转换，并将调整后的开度控制信号发送给执行机构(6)，通过控制执行机构(6)的开启与关闭以进行执行机构的寿命测试，或者控制执行机构(6)运动到目标开度位置以进行执行机构的部分行程测试；

所述执行机构(6)向信号收发模块(3)发送携带有执行机构实际开度位置信息的开度反馈信号，所述信号收发模块(3)将接收的开度反馈信号进行转化，并将转化后的开度反馈信号发送给信号处理模块(2)，所述信号处理模块(2)将接收到的开度反馈信号发送给测试控制模块(1)；

所述电源管理模块(5)用于为测试控制模块(1)、信号处理模块(2)、信号收发模块(3)和存储模块(4)供电。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述信号收发模块(3)将接收的开度控制信号进行转换具体为：将开度控制信号转化为电流开度控制信号、将开度控制信号转化为电压开度控制信号或将开度控制信号转化为继电器开启/闭合开度控制信号。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：还包括显示模块(7)，所述显示模块(7)与所述测试控制模块(1)连接，用于显示测试应用程序。

4.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于：还包括触摸控制模块(8)，所述触摸控制模块(8)设置于显示模块(7)上，用于进行触摸操控，向测试应用程序输入配置参数，测试应用程序将配置参数发送给所述测试控制模块(1)。

5.一种利用如权利要求1至4任一所述的执行机构部分行程与寿命的测试装置进行执行机构部分行程测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：测试装置向执行机构发送开度控制信号，执行机构根据开度控制信号向目标开度位置运动；

步骤2：测试装置在每个扫描周期中不断采集执行机构发送的开度反馈信号，根据开度反馈信号判断执行机构的实际行程位置，当执行机构运动到预定部分行程，执行步骤4，否则，执行步骤3；

步骤3：在当前扫描周期中执行机构暂未达到预定部分行程，判断此时执行机构的运动时间是否已经超过了测试信号建立允许时间，如果此时已超出测试信号建立允许时间，则提示超信号建立时间的测试故障，否则，在下一扫描周期时重复执行步骤2；

步骤4：在当前扫描周期中执行机构达到预定部分行程，记录执行机构达到此预定部分行程处的时间值，开始记录信号稳定时间；

步骤5：判断信号稳定时间是否达到预定稳定时间，如未达到，则重复对信号稳定时间是否达到预定稳定时间进行判断，当达到预定稳定时间，判断执行机构的开度反馈信号是否符合预定精度范围内，若在预定精度范围内，执行机构运动到终点，测试结束，否则，提示超出精度范围故障，测试因故障停止。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述开度控制信号为电流开度控制信号、电压开度控制信号或者继电器开启/闭合开度控制信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：当开度控制信号为继电器开启/闭合开度控制信号时，所述步骤4与步骤5之间还包括步骤4.1：判断执行机构是否已经达到预期的行程终点，若未达到预期行程终点，则保持执行机构继续运动，否则，使执行机构停止运动。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤1之前还包括：利用设置于显示模块(7)上的触摸控制模块(8)采集用户向测试应用程序输入的配置参数，测试应用程序将配置参数发送给所述测试控制模块(1)，所述测试控制模块(1)根据配置参数生成开度控制信号。

9.一种利用如权利要求1至4任一所述的执行机构部分行程与寿命的测试装置进行执行机构部分行程测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：测试装置向执行机构发送向目标开度位置运动的开度控制信号，执行机构根据开度控制信号由起点向目标开度位置运动；

步骤B：当执行机构运行到目标开度位置时，测试装置向执行机构发送返回起始点的开度控制信号，执行机构沿目标开度位置的反方向运动；

步骤C：执行机构根据开度控制信号在起点与目标开度位置间进行按照预定测试次数进行往复运动，测试装置不断的记录执行机构发送的开度反馈信号，直至执行机构运动达到最大动作次数。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括：利用设置于显示模块(7)上的触摸控制模块(8)采集用户向测试应用程序输入的预定次数的步骤。