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分体式智能检验仪的设计与应用
2023-05-06 17:55:04 ℃郅杏利 王高刚
(1.浙江中控自动化仪表有限公司;
2.浙江大立科技股份有限公司)
在工业应用领域,调试现场或定期的系统维护期间,检验仪的使用工况有时比较恶劣,如场地狭窄、高温、高湿等,且操作时也需要和之前的测试数据进行比对,这种情况下就需要其他人员协助,单人无法独立完成检验。
针对该实际需求,笔者开发了一款分体式结构的智能检验仪,该检验仪集校验功能和通信器功能于一体,显示/操作与主机分离,可实现跨区域工作。
分体式智能检验仪包含检验仪主机和操作终端两部分,总体设计如图1所示。
图1 分体式智能检验仪总体设计架构
分体式智能检验仪的工作原理为:操作终端上通过按键或4G接口接收外部信号来设置校验信号/测量信号类型和信号大小(检验时)。操作终端将相关信息通过蓝牙发送给检验仪主机,主机接收到信息后进行信号输出或测量,同时检验仪主机将当前的信号输出和信号测量信息反馈给操作终端,用户在操作终端上即可查看显示数据。
硬件电路部分整体为双板设计,由主机板、电源板和移动交互式掌机构成, 主机板和电源板通过两根20芯排线相连, 电源板通过排线给主机板供电,如图2所示。主机板电路系统框图如图3所示。
图2 硬件电路结构设计
图3 主机板电路系统框图
主机板电路包括以下4个部分:
a. 输入侧,包括电压、电流和回路电流测量模块;
b. 输出侧,包括电压、电流、电阻、频率输出模块,电压、电阻、频率、热偶等测量模块;
c.MCU及周边电路;
d.接插件(与电源板相连)。
电源板电路系统框图如图4所示。
图4 电源板电路系统框图
电源板电路包括以下5个部分:
a.锂电池充放电电路;
b.开关机及LDO电路;
c.接插件电路(与主机板相连);
d.外围通信电路,包括蓝牙、LORA、RS485;
e.主电源电路。
3.1 检验仪主机
检验仪在使用时首先与操作终端进行蓝牙通信配对, 然后对各类信号的输入/输出进行标定,标定完成后可根据用户或现场的需要进行测量或输出。
主机系统采用自上而下、模块化的设计思路,便于后续的调试和功能扩展。
程序调度流程如图5所示。
图5 程序调度流程
3.2 操作终端
分体式智能检验仪的操作终端上需要安装专有的APP,且需要和检验仪主机一起配套使用。APP需要有蓝牙、文件读写及定位等权限。
本设计中,APP和检验仪主机通过蓝牙通信,检验仪部分采用标准的Modbus作为通信协议。HART通信采用自定义Modbus协议。
APP采用分模块设计,模块内部分层设计,业务层和展示层采用EventBus来进行数据和消息的传递。
操作终端APP程序架构如图6所示。
图6 操作终端APP程序架构
4.1 分体式方式的典型应用
由于工业应用现场环境相对比较恶劣,且操作空间有限,甚至环境条件不适合人员长时间滞留,故将操作器连接好后放在设备附近,操作终端分离后可以移离10 m开外的相对安全区域进行设备校验、 过程校验或智能仪表的HART通信配置等操作,具体如图7所示。
图7 检验仪分体应用实例
4.2 校验功能应用
工业现场中需要定期对过程设备进行维护、检查和校准,并要求对校验结果进行存档。
分体式智能检验仪可以对现场设备进行单独校验,也可以实现过程校验, 校验结果可以本地保存,或实时把数据或校准结果通过WiFi、LORA、5G等无线通信方式传入上层网络系统中,过程架构如图8所示。
校准时可以手动单点校验或自动校验,校准页面设置如图9所示,校准结果如图10所示。
图8 过程架构
图9 校准页面设置
图10 校准结果
笔者设计的分体式智能检验仪,已完成项目输出测试,并在实际工程项目中得到了试用。
工程调试人员进行调试时可以远距离完成待测设备的检定和维护,为其工作提高了便利性,收到了很好的评价。
后续该款检验仪功能会不断地完善和优化,以期成为业内质量可靠、先进的多功能检验仪和通信器。
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