CN108489527B - 船用过程参数测量柜功能插件智能校验器 - Google Patents

船用过程参数测量柜功能插件智能校验器 Download PDF

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Abstract

本发明提出的是船用过程参数测量柜功能插件智能校验器。采用下位机系统、上位机系统及串口连接电缆组成，共同完成对过程参数测量柜内功能插件的检测及故障定位功能。其中下位机系统由信号采集模块、信号发生模块及信号传输模块共同组成,上位机系统由触摸式工控机及人机界面组成。智能校验器用于船舶维修人员对过程参数测量柜的内部功能插件的非运行状态的独立校验和检测,也指导维修人员对过程参数测量柜功能插件进行检测维修和调试。智能控制器的使用范围不仅应用到在建船舶产品的系泊实验和航海试验中,同时该装置也作为船舶维修基地备用的测试工具。适宜作为船用过程参数测量柜功能插件智能校验器应用。

Description

船用过程参数测量柜功能插件智能校验器
技术领域
本发明涉及一种船用过程参数测量柜内功能插件的智能校验器,特别是针对现有船舶动力系统上的过程参数测量柜内部功能插件的一种非运行状态下对其独立进行校验和检测的智能校验装置。具体地说是船用过程参数测量柜功能插件智能校验器。
背景技术
船用过程参数测量柜是船舶动力系统运行过程中极其重要的设备,负责整个船舶动力系统中相关过程功能参数的采集与处理,为此必须确保其运行的可靠性。目前船舶现有的过程参数柜一般具有多种类型的功能插件,这些功能插件负责全船的温度、压力、流量、水位等重要参数的采集、计算、控制和报警等功能,为确保过程参数柜内功能插件及备用插件随时处于良好工作状态,必须对其定期进行有效的性能检测和校验。
船用过程参数测量柜一般都属于具有针对性的专用采集测量控制装置,目前还没有专门有效的工具对其内部的插件进行独立校验,现有的校验方法一般是将其安装在过程参数测量柜内并通电,然后同时加入相关的外围仪表及信号输入后才能对其进行人为的判断与检测,并且过程参数测量柜内的功能插件如果在不安装在正常插件的位置并通电的情况下也是无法检测其状态是否正常。过程参数测量柜在运行状态下如果功能插件出现问题,目前一般是采用关闭功能插件电源然后更换备用插件来解决,这种方法有一定的局限性,其一是影程参数测量柜运行的连续性从而影响试验或系统运行,其二是当备用插件也存在故障时整个过程参数测量柜就无法正常运行了,后果更为严重。
发明内容
本发明的目的是针对现有的船用过程参数测量柜内功能插件缺少专用校验仪器的现状,研制一种可以在过程参数测量柜非运行状态下对其内部功能插件及备用插件进行独立校验和检测的校验装置,以确保过程参数测量柜内功能插件随时处于良好的工作状态。解决船用过程参数测量柜功能插件智能校验器设计的技术问题。
本发明解决技术问题所采用的方案是：
由下位机系统通过串口连接电缆与上位机系统连接,共同完成对船用过程参数柜内功能插件的检测及故障定位功能,其中下位机系统由信号采集模块、信号发生模块及信号传输模块共同组成,上位机系统由触摸式工控机及人机界面组成。
智能校验器的信号采集模块由高性能连接器与数据变换器连接后又与数据采集器连接,完成对被检过程参数测量柜功能插件输出信号的采集和转换功能,并将每个功能插件的输出信号进行调理和采集,在转换成数字信号,然后送到信号传输模块中,最后通过串口连接电缆送到上位机系统进行后续处理。
其中高性能连接器采用的是和功能插件型号完全相同的CY6T46系列高性能连接器的母头,功能插件的输出都为公头,确保过程参数测量柜功能插件的顺利对接。目前过程参数测量柜功能插件分为温度变送器插件、定值器插件、隔离器插件、驱动器插件及转速转换器插件五种类型的插件,这五种类型的插件的连接器是完全一致的,只是内部信号分配有所区别。
数据变换器由电阻转换调理电路、电压转换调理电路和电流转换调理电路组成,将输入的电阻、电压、电流；信号统一转换为0～5V的标准电压信号送到数据采集器中,数据采集器采用24位数据转换器AD7710芯片及附属电路组成,在上位机系统的控制下完成对数据变换器送过来的0～5V的标准电压信号进行采集。
智能校验器的信号发生模块由四路数控电阻信号发生器、四路数控电流发生器、四路数控电压发生器及一路数控频率发生器组成,完成对被检插件输入信号的自动输入功能,同时根据过程参数测量柜的标准校验方法和规程进行0%、25%、50%、75%、100%的标准校验点的数控信号发生。
其中四路数控电阻信号发生器采用了数控电阻发生信号的专利技术,该技术可以精确的产生二端无源数控电阻替代标准的铂电阻,设计原理是当用户测量的二端网络的正端口接入到标准电阻的一脚时,会在标准电阻上产生一个电压,该电压经过ICL7650放大器跟随放大后送入MAX5411数模转换芯片电压参考端后再输出到第二个放大器ICL7650跟随放大后送到标准电阻的另外一脚,通过向DA MAX541芯片送入不同的16进制代码单片机,就会在用户测量的二端网络产生一个大于等于标准电阻的合成电阻,目前校验器产生的电阻精度转换成温度己经能达到全量程±0.1℃的精度,完全可以替代铂电阻和电阻箱作为功能插件的电阻信号发生器。
四路数控电流发生器采用的数控电流发生技术,可以精确的产生0～20mA的电流信号,设计原理是单片机将用户需要的电流值的16进制代码送入MAX541数模转换芯片中,MAX541输出一个对应的标准电压到AD694V/I 转换芯片中,然后输出用户需要的电流值,产生电流输出，目前校验器产生的电流精度可以达到全量程±0.05%的精度,并且负载能力能达到1KΩ,完全可以作为功能插件的电流信号发生器。
四路数控电压发生器采用的是单片机控制的DA数控电压发生技术,可以精确的产生0～10V的电压信号,设计原理是单片机将用户需要的电压值的16进制代码送入MAX541数模转换芯片中,MAX541输出一个对应的标准电压经过OP549功率放大器缓冲放大后送到被检设备中，目前该校验器的电压输出精度可以达到全量程的±0.1%。
一路数控频率发生器的设计原理是由单片机的P1口直接作为频率发生器并通过一级OP07放大器进行缓冲后送给功能插件作为输入信号产生频率输出,因过程参数测量柜内部的转速变化器功能插件的输入信号仅为0～255HZ、占空比为50%的标准低频方波信号,这种低频信号采用单片机的端口直接控制输出既简单方便而且输出精度也高。
智能校验器的信号传输模块由标准的RS23217串口连接芯片及其接口电路16组成,并通过串口连接电缆将下位机系统的数字信号传输到上位机系统中,同时上位机系统的控制命令也通过串口连接电缆传送到下位机系统中。考虑到对信号传输速度要求不高对可靠性要求较高的特点,传输速率采用了9600bps的标准传输速率。
智能校验器的上位机系统由触摸式工控机及人机界面组成,采用Labview8.6软件作为主控设计软件,共同完成对功能插件的标定、故障检测及定位等功能。
积极效果，由于本发明采用下位机系统、上位机系统及串口连接电缆组成，共同完成对过程参数测量柜内功能插件的检测及故障定位功能。其中下位机系统由信号采集模块、信号发生模块及信号传输模块共同组成,上位机系统由触摸式工控机及人机界面组成。该智能校验器不仅可以用于船舶维修人员对过程参数测量柜的内部功能插件的非运行状态的独立校验和检测,同时因其良好的人机界面和其自带的详尽的过程参数测量柜功能插件的内部原理图,也可以指导其他专业维修人员对过程参数测量柜功能插件进行检测维修和调试。该智能控制器的使用范围不仅可以应用到在建船舶产品的系泊实验和航海试验中,同时该装置也可以作为船舶维修基地备用的测试工具,具有较好的应用前景。适宜作为船用过程参数测量柜功能插件智能校验器应用。
附图说明
图1为本发明框架示意图；
图2为本发明的信号采集模块原理图；
图3为本发明的信号发生模块原理图；
图4为本发明的信号传输模块原理图。
图中，1.下位机系统，2.上位机系统，3.串口连接电缆，4.信号采集模块，5.信号发生模块，6.信号传输模块，7.触摸式工控机，8.人机界面，9.高性能连接器，10.数据变换器，10.1.电阻转换调理电路，10.2.电压转换调理电路，10.3电流转换调理电路，11.数据采集器，11.1.AD7710芯片，11.2.附属电路，12.四路数控电阻信号发生器，12.1.标准电阻，12.2. ICL7650放大器，12.3. MAX5411数模转换芯片，12.4.单片机，13.四路数控电流发生器，13.1.单片机，13.2. MAX541数模转换芯片，13.3.V/I AD694转换芯片，13.4.电流输出，14.四路数控电压发生器，14.1.单片机，14.2. MAX541数模转换芯片，14.3.OP549功率放大器，14.4.电压输出，15.一路数控频率发生器，15.1.单片机，15.2.一级OP07放大器，15.3.频率输出，16.接口电路，17.RS232串口连接芯片。
具体实施方式
据图1所示,由下位机系统1通过串口连接电缆3与上位机系统2连接,共同完成对船用过程参数柜内功能插件的检测及故障定位功能,其中下位机系统由信号采集模块4、信号发生模块5及信号传输模块6共同组成,上位机系统由触摸式工控机7及人机界面8组成。
据图2所示,该智能校验器的信号采集模块由高性能连接器9与数据变换器10连接后又与数据采集器11连接,完成对被检过程参数测量柜功能插件输出信号的采集和转换功能,并将每个功能插件的输出信号进行调理和采集,在转换成数字信号,然后送到信号传输模块中,最后通过串口连接电缆送到上位机系统进行后续处理。
其中高性能连接器采用的是和功能插件型号完全相同的CY6T46系列高性能连接器的母头,功能插件的输出都为公头,确保过程参数测量柜功能插件的顺利对接。目前过程参数测量柜功能插件分为温度变送器插件、定值器插件、隔离器插件、驱动器插件及转速转换器插件五种类型的插件,这五种类型的插件的连接器是完全一致的,只是内部信号分配有所区别。
数据变换器由电阻转换调理电路10.1、电压转换调理电路10.2和电流转换调理电路10.3组成,将输入的电阻、电压、电流；信号统一转换为0～5V的标准电压信号送到数据采集器中,数据采集器采用24位数据转换器AD7710芯片11.1及附属电路11.2组成,在上位机系统的控制下完成对数据变换器送过来的0～5V的标准电压信号进行采集。
据图3所示,该智能校验器的信号发生模块由四路数控电阻信号发生器12、四路数控电流发生器13、四路数控电压发生器14及一路数控频率发生器15组成,完成对被检插件输入信号的自动输入功能,同时根据过程参数测量柜的标准校验方法和规程进行0%、25%、50%、75%、100%的标准校验点的数控信号发生。
其中四路数控电阻信号发生器采用了数控电阻发生信号的专利技术,该技术可以精确的产生二端无源数控电阻替代标准的铂电阻,设计原理是当用户测量的二端网络的正端口接入到标准电阻12.1的一脚时,会在标准电阻上产生一个电压,该电压经过ICL7650放大器12.2跟随放大后送入MAX5411数模转换芯片12.3电压参考端后再输出到第二个放大器ICL7650跟随放大后送到标准电阻的另外一脚,通过向DA MAX541芯片送入不同的16进制代码单片机12.4,就会在用户测量的二端网络产生一个大于等于标准电阻的合成电阻,目前校验器产生的电阻精度转换成温度己经能达到全量程±0.1℃的精度,完全可以替代铂电阻和电阻箱作为功能插件的电阻信号发生器。
四路数控电流发生器采用的数控电流发生技术,可以精确的产生0～20mA的电流信号,设计原理是单片机13.1将用户需要的电流值的16进制代码送入MAX541数模转换芯片13.2中,MAX541输出一个对应的标准电压到AD694V/I 转换芯片13.3中,然后输出用户需要的电流值,产生电流输出13.4，目前校验器产生的电流精度可以达到全量程±0.05%的精度,并且负载能力能达到1KΩ,完全可以作为功能插件的电流信号发生器。
四路数控电压发生器采用的是单片机控制的DA数控电压发生技术,可以精确的产生0～10V的电压信号,设计原理是单片机14.1将用户需要的电压值的16进制代码送入MAX541数模转换芯片14.2中,MAX541输出一个对应的标准电压经过OP549功率放大器14.3缓冲放大后送到被检设备中，目前该校验器的电压输出14.4精度可以达到全量程的±0.1%。
一路数控频率发生器的设计原理是由单片机15.1的P1口直接作为频率发生器并通过一级OP07放大器15.2进行缓冲后送给功能插件作为输入信号产生频率输出15.3,因过程参数测量柜内部的转速变化器功能插件的输入信号仅为0～255HZ、占空比为50%的标准低频方波信号,这种低频信号采用单片机的端口直接控制输出既简单方便而且输出精度也高。
据图4所示,该智能校验器的信号传输模块由标准的RS23217串口连接芯片17及其接口电路16组成,并通过串口连接电缆将下位机系统的数字信号传输到上位机系统中,同时上位机系统的控制命令也通过串口连接电缆传送到下位机系统中。考虑到对信号传输速度要求不高对可靠性要求较高的特点,传输速率采用了9600bps的标准传输速率。
智能校验器的上位机系统由触摸式工控机及人机界面组成,采用Labview8.6软件作为主控设计软件,共同完成对功能插件的标定、故障检测及定位等功能。

Claims (2)

1.船用过程参数测量柜功能插件智能校验器，其特征是：
由下位机系统（1）通过串口连接电缆（3）与上位机系统（2）连接,共同完成对船用过程参数柜内功能插件的检测及故障定位功能,其中下位机系统由信号采集模块（4）、信号发生模块（5）及信号传输模块（6）共同组成,上位机系统由触摸式工控机（7）及人机界面（8）组成；
智能校验器的信号采集模块由高性能连接器（9）与数据变换器（10）连接后又与数据采集器（11）连接,完成对被检过程参数测量柜功能插件输出信号的采集和转换功能,并将每个功能插件的输出信号进行调理和采集,在转换成数字信号,然后送到信号传输模块中,最后通过串口连接电缆送到上位机系统进行后续处理；
其中高性能连接器采用的是和功能插件型号完全相同的CY6T46系列高性能连接器的母头,功能插件的输出都为公头,确保过程参数测量柜功能插件的顺利对接；过程参数测量柜功能插件分为温度变送器插件、定值器插件、隔离器插件、驱动器插件及转速转换器插件五种类型的插件,这五种类型的插件的连接器是完全一致的,只是内部信号分配有所区别；
数据变换器由电阻转换调理电路（10.1）、电压转换调理电路（10.2）和电流转换调理电路（10.3）组成,将输入的电阻、电压、电流；信号统一转换为0～5V的标准电压信号送到数据采集器中,数据采集器采用24位数据转换器AD7710芯片（11.1）及附属电路（11.2）组成,在上位机系统的控制下完成对数据变换器送过来的0～5V的标准电压信号进行采集；
所述智能校验器的信号发生模块由四路数控电阻信号发生器（12）、四路数控电流发生器（13）、四路数控电压发生器（14）及一路数控频率发生器（15）组成,完成对被检插件输入信号的自动输入功能,同时根据过程参数测量柜的标准校验方法和规程进行0%、25%、50%、75%、100%的标准校验点的数控信号发生；
其中四路数控电阻信号发生器采用了数控电阻发生信号的专利技术,该技术可以精确的产生二端无源数控电阻替代标准的铂电阻,设计原理是当用户测量的二端网络的正端口接入到标准电阻（12.1）的一脚时,会在标准电阻上产生一个电压,该电压经过ICL7650放大器（12.2）跟随放大后送入MAX5411数模转换芯片（12.3）电压参考端后再输出到第二个放大器ICL7650跟随放大后送到标准电阻的另外一脚,通过向DA MAX541芯片送入不同的16进制代码单片机（12.4）,就会在用户测量的二端网络产生一个大于等于标准电阻的合成电阻,目前校验器产生的电阻精度转换成温度己经能达到全量程±0.1℃的精度,完全可以替代铂电阻和电阻箱作为功能插件的电阻信号发生器；
四路数控电流发生器采用的数控电流发生技术,可以精确的产生0～20mA的电流信号,设计原理是单片机（13.1）将用户需要的电流值的16进制代码送入MAX541数模转换芯片（13.2）中,MAX541输出一个对应的标准电压到AD694V/I 转换芯片（13.3）中,然后输出用户需要的电流值,产生电流输出（13.4），目前校验器产生的电流精度可以达到全量程±0.05%的精度,并且负载能力能达到1KΩ,完全可以作为功能插件的电流信号发生器；
四路数控电压发生器采用的是单片机控制的DA数控电压发生技术,可以精确的产生0～10V的电压信号,设计原理是单片机（14.1）将用户需要的电压值的16进制代码送入MAX541数模转换芯片（14.2）中,MAX541输出一个对应的标准电压经过OP549功率放大器（14.3）缓冲放大后送到被检设备中，目前该校验器的电压输出（14.4）精度可以达到全量程的±0.1%；
一路数控频率发生器的设计原理是由单片机（15.1）的P1口直接作为频率发生器并通过一级OP07放大器（15.2）进行缓冲后送给功能插件作为输入信号产生频率输出（15.3）,因过程参数测量柜内部的转速变化器功能插件的输入信号仅为0～255HZ、占空比为50%的标准低频方波信号,这种低频信号采用单片机的端口直接控制输出既简单方便而且输出精度也高；
所述智能校验器的信号传输模块由标准的RS23217串口连接芯片（17）及其接口电路（16）组成,并通过串口连接电缆将下位机系统的数字信号传输到上位机系统中,同时上位机系统的控制命令也通过串口连接电缆传送到下位机系统中；考虑到对信号传输速度要求不高对可靠性要求较高的特点,传输速率采用了9600bps的标准传输速率。
2.根据权利要求1所述的船用过程参数测量柜功能插件智能校验器，其特征是：所述智能校验器的上位机系统由触摸式工控机及人机界面组成,采用Labview8.6软件作为主控设计软件,共同完成对功能插件的标定、故障检测及定位功能。
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