無(wú)人值守的溫控器壽命與溫漂綜合測試系統

為了檢測各生產(chǎn)批次不同型號溫控器的加工、裝配質(zhì)量，進(jìn)而考核其恒溫特性，溫控器生產(chǎn)廠(chǎng)家需要對其產(chǎn)品進(jìn)行壽命、溫漂實(shí)驗。

壽命實(shí)驗用于檢測給定周期內，溫控器雙金屬片、接點(diǎn)片彈力的變化情況，銀接點(diǎn)的燒蝕程度，通、斷電時(shí)間，以及接點(diǎn)片的跳變頻率。

溫漂實(shí)驗用于考核給定時(shí)間內，溫控器的溫度浮動(dòng)范圍是否在給定界限內。要求檢查溫度的峰、谷值、均值和差值的變動(dòng)情況。這兩項實(shí)驗均要求長(cháng)期不停機的運行。

傳統的壽命實(shí)驗過(guò)程是靠普通的繼電器、鼓風(fēng)機和齒輪式計數器實(shí)現的。由于長(cháng)期頻繁的啟停動(dòng)作，這些實(shí)驗裝置、元器件極易損壞。據統計，每個(gè)月毀損的實(shí)驗元、器件約占本月整個(gè)實(shí)驗裝機量的三分之一。由此帶來(lái)的經(jīng)濟損失十分嚴重。更為嚴重的后果是，元器件故障常常引起實(shí)驗數據丟失，實(shí)驗常常會(huì )因故停止或給出不合理的實(shí)驗報告。

同樣，傳統的溫漂實(shí)驗是通過(guò)物理儀器如溫度打點(diǎn)儀，依在紙帶上打點(diǎn)的形式記錄溫度測量曲線(xiàn)。這種方式的缺點(diǎn)是需購買(mǎi)多臺測量?jì)x器，并配置大量的紙帶；完全靠人工定時(shí)讀取數據，因而誤差較大；一旦出現故障如熱電偶脫落，無(wú)法及時(shí)報警。

據此，溫控器生產(chǎn)廠(chǎng)家提出了徹底改造發(fā)行兩大實(shí)驗系統的要求。在完全取消原有物理控制元、器件的基礎上，新的壽命、溫漂綜合測試系統在功能上要求能自動(dòng)統計測量數據資料，自動(dòng)追蹤錯誤，自動(dòng)出錯報警并緊急拉閘，能監控大電流、高電壓回路，自動(dòng)定時(shí)開(kāi)、關(guān)測量通道，抗干擾能力強，具有遠程通信和分布式控制能力，能自動(dòng)生成實(shí)驗報告。測量通道數可視需要自由增減。在使用上要求人機界面簡(jiǎn)單，學(xué)習時(shí)間短，并能夠作到無(wú)人值守。

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，基于PC的自動(dòng)化系統以其強大的數據處理能力、友好的人機操作界面以及富于柔性的接口擴展方式，打破了基于普通物理邏輯控制元件控制系統一統天下的格局，并逐漸占據了主導地位。越來(lái)越受到國民經(jīng)濟各個(gè)應用領(lǐng)域的歡迎和重視。

根據用戶(hù)的要求，結合現今基于PC機的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展實(shí)際，我們擬定了客戶(hù)／服務(wù)器模式的系統設備和運行方案。從用戶(hù)的操作習慣和應用系統的穩定性出發(fā)，確定主機操作系統為Windows NT Server 4.0，客戶(hù)機操作系統為Windows 9X。編程平臺采用NI的圖形程序設計語(yǔ)言LabVIEW。

應用系統依客戶(hù)／服務(wù)器模式將任務(wù)分解成兩部分。實(shí)時(shí)控制與數據處理部分放在服務(wù)器端、過(guò)程監控、報告輸出以及參數設定部分則放在客戶(hù)端。這樣可避免某些交互過(guò)程中實(shí)時(shí)控制可能產(chǎn)生的岔斷作用。依據上述任務(wù)模型劃分，將溫控器壽命實(shí)驗系統置于服務(wù)器端，這是因為壽命實(shí)驗是實(shí)時(shí)的，系統要求必須能夠在0.2秒之內對溫控器的通斷狀態(tài)作出響應，以便確定是否需要接通冷卻風(fēng)閥或者緊拉閘。溫漂實(shí)驗的數據處理部分放在服務(wù)器端，報告輸出、過(guò)程監控、參數與狀態(tài)設定放在客戶(hù)機一端。使用TCP/IP作為應用系統之間的數據通信協(xié)議，利用DCOM技術(shù)遠程動(dòng)態(tài)加載服務(wù)器端的數據處理，狀態(tài)分析過(guò)程，一旦處理完成，則可動(dòng)態(tài)卸載應用過(guò)程處理程序，以便節省內存空間。系統在體系結構上形成了分布式控制機制。

由于用戶(hù)要求新的測試系統測量通道數量必須具備可擴充性，以備今后在不更改應用程序的情況下，能夠按需增加測量任務(wù)，經(jīng)考察決定在硬件上使用NI公司的FielelPoint作為信號采集、處理設備。因為FiddPoint是以模組的形式構造測量點(diǎn)，因此在測量通道數量的增減方面具有很大的靈活性。并且該設備支持熱拔插。在出現故障時(shí)，用戶(hù)可即時(shí)更換故障模塊而無(wú)須關(guān)閉電源，保證了系統工作的連續性。針對不同的測量需求，FiｅｌdPoint提供了模擬、數字信號I/O模塊。為實(shí)現遠程控制，使用支持RS-485協(xié)議的通信模塊作為主機與測量模塊之間的信號傳輸媒介。利用工廠(chǎng)現有的局域網(wǎng)建立客戶(hù)機、主機之間星形工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。為避免網(wǎng)絡(luò )廣播信息對客戶(hù)機上過(guò)程監控系統的干擾，需要為工控網(wǎng)絡(luò )建立獨立的域。

依據應用系統的設計方案，我們提出了實(shí)施計劃?？紤]到溫控器壽命實(shí)驗回路電流、電壓均為非標準值，例如，有的實(shí)驗電流、電壓為15A 125V，有的則要求10A 250V。因此，在信號接入FP模塊之前，進(jìn)行了必要的信號調理。

使用FP-AI-110模擬輸入模塊采集主回路中溫控器的通斷狀態(tài)并監測電路負載有無(wú)損壞，用FP-RLY-420單刀單擲繼電器模塊控制鼓風(fēng)機以決定是否對發(fā)熱盤(pán)進(jìn)行吹風(fēng)冷卻。實(shí)際應用中，我們對該繼電器模塊加入了暫態(tài)過(guò)程保護電路，并引入壓縮空氣取代原來(lái)的鼓風(fēng)機，使冷卻效果更佳。用FP-DO-401離散輸出模塊取代物理電源開(kāi)關(guān)，實(shí)現用軟件開(kāi)關(guān)電路，確保系統界面操作的一致性。使用FP-TC-120熱電偶模塊采集溫漂實(shí)驗對象的溫度。為防止電磁信號對溫度測量的干擾，我們在熱電偶的冷端使用了屏蔽電容。使用NI的AT-485串行界面卡作為主機與支持485通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )模塊FP-1001之間的傳輸控制接口，確保數據通信的可靠性。用無(wú)觸點(diǎn)的固態(tài)繼電器(SSP）取代壽命實(shí)驗中易損壞的普通繼電器，保證實(shí)驗過(guò)程的連續性。

由于溫漂、壽命實(shí)驗需要24小時(shí)不停機的連續測試，普通的PC機不能承受這樣的負荷，故選用工業(yè)計算機作為服務(wù)器主機。在測試回路電源開(kāi)關(guān)控制方面，使用了本地與遠程相結合的軟件控制方式，用戶(hù)可以就近接通、關(guān)閉測量通道電源。為避免無(wú)關(guān)人員的惡意操作，采用密鑰機制對控制開(kāi)關(guān)操作予以保護，保證系統安全運行。

對于溫漂實(shí)驗，為降低環(huán)境和電磁噪聲干擾，除了在熱電偶的冷端連入屏蔽電容外，我們還對調壓設備使用了屏蔽保護罩，同時(shí)將原來(lái)的敞開(kāi)式實(shí)驗臺架更換成封閉式，避免了流動(dòng)空氣對測量點(diǎn)的影響，利用LabVIEW所提供的低通濾波器并施以Z變換，使系統能準確拾取到各個(gè)時(shí)刻溫度的峰谷值。

充分利用FieldPoint 的Watch Dog、 Snapshot功能，監視各I/O模塊的錯誤信息。一旦FieldPoint網(wǎng)絡(luò )報錯，應用系統可立即保存測量數據和故障時(shí)刻并終止程序的運行過(guò)程。下一次啟動(dòng)系統時(shí)，可依故障時(shí)刻自動(dòng)計算出實(shí)驗中斷時(shí)間。用戶(hù)可據此回溯整個(gè)實(shí)驗過(guò)程的故障歷史記錄。

系統設計的另一個(gè)目標就是使用戶(hù)的學(xué)習時(shí)間最短和無(wú)人值守。本著(zhù)這個(gè)原則，系統在設計時(shí)首先采用了簡(jiǎn)化人機交互過(guò)程的方法，即盡可能的將交互信息安排在一個(gè)操作界面內，做到一目了然。利用安裝(Install）的方式將各種系統配置文件、動(dòng)態(tài)鏈接庫打包到目的路徑中，并生成注冊信息。因此，用戶(hù)無(wú)須對應用系統進(jìn)行特別的維護。事實(shí)上，用戶(hù)對本系統的學(xué)習時(shí)間只要1天。其次，利用LabVIEW提供的多線(xiàn)程功能和對不同優(yōu)先級的應用程序的支持，將數據處理引擎置于后臺，這樣既保證了應用程序的執行效率，又使用戶(hù)可專(zhuān)注于前臺的監控處理。

當系統接收到錯誤消息時(shí)，可根據其發(fā)生時(shí)間來(lái)決定是否振鈴報警或自動(dòng)切斷電源。各個(gè)通道的監控、分析引擎是相互獨立的，用戶(hù)可任意加載／卸載某一通道的引擎而還會(huì )影響其它通道的正常工作。為了能自動(dòng)拾取到各個(gè)時(shí)刻的溫度峰、谷值，以便據此計算出溫度漂移量，系統采用了自適應模式匹配機制，每天定時(shí)開(kāi)關(guān)電源，并自動(dòng)采集溫度測量值。若遇較大的干擾。比如發(fā)生熱電偶脫落或浮貼現象，系統會(huì )及時(shí)報警，以使操作人員能及時(shí)排除故障。

FieldPoint為設計工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )尤其是大型分布控制系統提供了經(jīng)濟的解決方案。其良好的工況適應能力、工作可靠性、抗干擾能力，給我們留下了深刻的印象?！?/font>