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昌暉YR-100高性能過程校驗(yàn)儀設(shè)計(jì)原理

2024/11/17 21:13:17 人評論 次瀏覽 分類:二次儀表  文章地址:http://prosperiteweb.com/tech/4513.html

隨著生產(chǎn)過程自動化技術(shù)的發(fā)展,為了保證生產(chǎn)過程安全、可靠的運(yùn)行,要隨時(shí)對生產(chǎn)過程中使用的儀表進(jìn)行維護(hù)和校準(zhǔn)。傳統(tǒng)的將生產(chǎn)過程中使用的儀表拿回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)的方法已不能滿足生產(chǎn)的要求,取而代之的是使用過程校驗(yàn)儀在現(xiàn)場直接對儀表進(jìn)行校準(zhǔn)。

根據(jù)這一趨勢,國外許多著名廠商紛紛推出各自的過程校驗(yàn)儀,如美國福祿克公司的F710系列,日本橫河公司的CA100系列等。這類校驗(yàn)儀除功能和應(yīng)用范圍及精度要滿足需求外,同時(shí)它還應(yīng)具有較強(qiáng)的抗環(huán)境適應(yīng)能力。針對這些要求,昌暉儀表制造有限公司開發(fā)了YR-100工業(yè)過程校驗(yàn)儀,該產(chǎn)品通過便捷的面板按鍵操作,可精確的輸出和測量電壓、電流、電阻、溫度、頻率、壓力等過程信號并有智能的輸入、輸出保護(hù)功能。產(chǎn)品采用點(diǎn)陣式LCD顯示,單節(jié)的9V電池或交流電源適配器供電,防震、防塵、防水濺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),特別適合在現(xiàn)場對工業(yè)控制過程的各類儀表進(jìn)行校準(zhǔn)及維護(hù)。下面介紹一下YR-100產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理框圖和關(guān)鍵技術(shù)。

  

YR-100過程校驗(yàn)儀

YR-100過程校驗(yàn)儀設(shè)計(jì)原理框圖

昌暉YR-100過程校驗(yàn)儀采用高速、低功耗、高性能的MSP430系列單片機(jī)作為中央控制單元,外加鐵電和Flash作為存儲器,還有電源管理電路,精確控制整機(jī)功率消耗。

YR-100過程校驗(yàn)儀原理框圖

過程校驗(yàn)儀系統(tǒng)組成部分

1、中央控制器
中央控制單元作為過程校準(zhǔn)器的核心,主要完成儀表的控制,運(yùn)算,顯示,通訊等功能;本過程校準(zhǔn)器采用TI超低功耗的MSP430F449系列高性能微處理芯片為作為中央控單元,該器件是具有RISC精簡指令集的16Bit強(qiáng)大CPU,16Bit寄存器和雙16Bit指針結(jié)構(gòu)(數(shù)據(jù)指針和地址指針),并且結(jié)合五個(gè)低功耗模式,優(yōu)化電源管理,延長電池壽命,更加適合便攜式測量應(yīng)用。

2、存儲器設(shè)備

這里的存儲器設(shè)備有EEPROM,鐵電存儲器FRAM和內(nèi)部Flash、RAM構(gòu)成。EEPROM主要用來各種信號的分度號表,這些數(shù)據(jù)在使用時(shí)就從EEPROM讀入內(nèi)部RAM,用于完成溫度的計(jì)算;FRAM的特性是功耗低,讀寫速度快,該存儲器用來記錄掉電時(shí)的儀表狀態(tài)參數(shù),報(bào)輸出信號的類型,輸出數(shù)據(jù)大小等;內(nèi)部Flash用來存儲過程校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)參數(shù)和儀表的設(shè)置參數(shù);內(nèi)部RAM的特點(diǎn)是保持?jǐn)?shù)據(jù)需要供電,但讀寫速度非常快,而且?guī)缀鯖]有擦寫時(shí)間的限制,所以用來作為計(jì)算的臨時(shí)寄存器。

3、顯示電路、顯示器

顯示器是交互設(shè)備的主體,應(yīng)該能提供足夠的信息量,便于用戶的操作、具有易讀性和易操作性。YR-100過程校準(zhǔn)器采用RA8803作為顯示器的驅(qū)動芯片,該芯片具有多達(dá)512k的行列映射寄存器,64級的灰度控制,能完成更加豐富的界面顯示。液晶顯示器則采用工業(yè)級的,分辨率為320×240的,0.12mm的像素點(diǎn)使得做出來的文字和圖片更加細(xì)膩。為能提高可操作性,也可換成多彩屏,甚至是IPS等。

4、鍵盤輸入及電路

鍵盤是另外一個(gè)交互設(shè)備,一般是用來給用戶輸入信息:包括設(shè)置儀表參數(shù),校準(zhǔn)儀表輸入輸出信號等。本過程校準(zhǔn)器采用一顆按鍵掃描芯片,可通過串行通信的方式讀取芯片數(shù)據(jù),CPU采用中斷的方式讀取掃描芯片的數(shù)據(jù),然后完成響應(yīng)的操作。過程校準(zhǔn)器的鍵盤操作分一般操作員操作和工程師操作,通過不同的按鍵組合和密碼來限制、區(qū)分不同的操作類型。

5、模擬輸入、采樣保持及AD部分電路

在模擬測量端為達(dá)到0.01%的測量精度,輸入端采用低溫漂的精密電阻,再加上低失調(diào)、低漂移的儀用放大器構(gòu)成其模擬量采樣保持電路,24Bit高分辨率、高速AD芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換;輸入端只有兩個(gè)端子,而輸入端一般有mV、V、mA、Hz和電阻等多種信號,為滿足信號的萬能輸入,模擬開關(guān)是必不可少的,在這里可以采用觸點(diǎn)鍍銀的低電壓驅(qū)動繼電器,繼電器在導(dǎo)通電阻的大小,導(dǎo)通電阻的熱穩(wěn)定性對于普通的電子模擬開關(guān)具有無可比擬的優(yōu)勢,減少因?yàn)閷?dǎo)通電阻而影響測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

6、模擬輸出及DA部分電路

過程校準(zhǔn)器亦可作為其他儀表的信號源,可以輸出mV、V,Hz,mA和電阻等多種信號,為進(jìn)行信號類型的切換,模擬開關(guān)是必不可少的,在這里可以采用觸點(diǎn)鍍銀的低電壓驅(qū)動繼電器,繼電器在導(dǎo)通電阻的大小,導(dǎo)通電阻的熱穩(wěn)定性對于普通的電子模擬開關(guān)具有無可比擬的優(yōu)勢,減少因?yàn)閷?dǎo)通電阻而影響輸出信號的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。同時(shí)采用16Bit的DA轉(zhuǎn)換芯片亦可以滿足0.01%的準(zhǔn)確度(理論計(jì)算的分辨率為0.0015%),在輸出端可以用運(yùn)放和其他電子元件構(gòu)成恒壓或恒流電路,這樣可以增加信號的帶負(fù)載能力,

7、RS232通訊電路

過程校準(zhǔn)器多用于自動化系統(tǒng)、過程儀表的故障診斷、校準(zhǔn)、檢定,實(shí)驗(yàn)室信號的測量和校準(zhǔn),在生產(chǎn)過程中對各種工業(yè)數(shù)字顯示儀表或模塊儀表進(jìn)行模擬信號的校準(zhǔn)時(shí),多用手動或自動。手動用按鍵既可以完成操作,而自動化校表則會用電腦(PC機(jī))來完成操作,所以過程校準(zhǔn)器多采用RS232通訊,軟件協(xié)議可采用ModBus,TrendBus,UT,TCP/IP等多種協(xié)議。

8、電源管理部分

過程校準(zhǔn)器可以用鋰電池(8.4V)供電,同時(shí)可以用外部電源適配器進(jìn)行充電?,F(xiàn)在多數(shù)工業(yè)儀表都為三隔離(即輸入、輸出、電源三隔離),所以過程校準(zhǔn)器的測量和信號輸出端也應(yīng)該是電氣隔離的,因此其電源部分也是隔離的,多采用DC/DC轉(zhuǎn)換,輸出多種獨(dú)立、隔離的電源供給測量或信號輸出部分電路。當(dāng)電池過低時(shí),對過程校準(zhǔn)器可能造成誤操作,亦有可能對校準(zhǔn)器造成損害,所以適當(dāng)增加電池電壓的監(jiān)控電路,包括電池的過充和過放電路,這樣有助于延長電池的使用壽命

9、過程校驗(yàn)器軟件部分

過程校準(zhǔn)器在生產(chǎn)過程和現(xiàn)場使用都很頻繁,其穩(wěn)定性,可操作性顯得尤為重要。軟件質(zhì)量和軟件的可靠性是軟件生存的基本條件 ,提高軟件質(zhì)量是軟件開發(fā)過程中的關(guān)鍵問題。提高軟件質(zhì)量和可靠性通常有兩種方法:避開錯(cuò)誤和容錯(cuò),其中容錯(cuò)問題又是軟件可靠性的核心問題。所以好的軟件應(yīng)該在錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)系統(tǒng)不受到影,并且良好的HMI(人機(jī)交互)界面是操作者更容易使用,也會更好的減少錯(cuò)誤的發(fā)生。

過程校驗(yàn)儀功能特點(diǎn)

1、功能
◆電壓測量/輸出熱電偶、熱電阻測量/輸出
電流測量/輸出脈沖計(jì)數(shù)
電阻測量/輸出階梯輸出
頻率測量/輸出冷端手動、自動補(bǔ)償選擇
模擬二、三線制變送器輸入熱工手冊

2、特點(diǎn)

①手持立式校準(zhǔn)儀
手持式設(shè)計(jì)使本產(chǎn)品具有應(yīng)用方式靈活、操作簡便的特點(diǎn),它可以通過按鍵操作直接進(jìn)入指定功能區(qū)。在工業(yè)現(xiàn)場,您可以將YR-100掛在身邊對各種電氣設(shè)備和傳感器進(jìn)行檢測,給您的現(xiàn)場維護(hù)工作帶來便利和方便。

②信號輸出和測量可同步進(jìn)行

在常規(guī)檢測中,經(jīng)常需要多種測量設(shè)備組合才能完成對電氣設(shè)備的檢測,如信號源、電阻箱和萬用表等?,F(xiàn)在,只要用一臺YR-100過程校驗(yàn)儀,既能對熱電偶、熱電阻以及電流、電壓等儀表執(zhí)行常規(guī)檢查和維護(hù),又能對變送器、溫度調(diào)節(jié)器和信號隔離器進(jìn)行維護(hù)和診斷,它為提高您的工作的效率提供了極好的手段。

③高精度、多功能的源和測量

對于源單元和測量單元的直流電壓、直流電流具有高精度和高穩(wěn)定性??蓪χ绷麟妷骸⒅绷麟娏?、電阻、熱電阻、熱電偶和頻率等進(jìn)行測量。

④環(huán)路供電

具備24V配電能力,在向環(huán)路供電(最大30mADC)時(shí),能夠測量來自2/3線制變送器的電流信號。

⑤查表功能

熱工手冊實(shí)現(xiàn)熱偶的毫伏值與溫度值、熱電阻的電阻值與溫度值的快捷互查。

⑥智能插孔

在應(yīng)用校驗(yàn)儀進(jìn)行測量和輸出信號時(shí),相對應(yīng)的表筆插孔導(dǎo)光柱會發(fā)出閃光,提示用戶將測試表筆插入該插孔,智能化的提示給您的操作帶來方便。

其它功部分介紹

1、軟硬件的低功耗設(shè)計(jì)
YR-100的低功耗設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的指標(biāo),它直接影響著產(chǎn)品的輸入與輸出精度的測量,硬件設(shè)計(jì)中盡量選用大規(guī)模和低功耗集成電路,微處理器采用內(nèi)含32KROM和上電復(fù)位電路及看門狗定時(shí)器的單片機(jī)。由于鍵的數(shù)量不多,采用直接由I/O口讀鍵的方式;采用128段低功耗LCD顯示驅(qū)動器;機(jī)內(nèi)所有運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)都采用低功耗的精密器件。對于耗電較大的24V升壓DC/DC電源電路,采用在功能切換或更換量程時(shí)自動置為待機(jī)狀態(tài),為了節(jié)省電池?zé)o謂的損耗,設(shè)計(jì)了自動關(guān)機(jī)功能。如果用戶10min之內(nèi)不對儀表進(jìn)行操作,它將自動關(guān)機(jī),關(guān)機(jī)后機(jī)內(nèi)的MOS開關(guān)管將電池與電路部分?jǐn)嚅_,此時(shí)電池輸出電流不到2μA,大大延長了電池的使用壽命。

軟件設(shè)計(jì)中采用微處理器在執(zhí)行完當(dāng)前任務(wù)后自動進(jìn)入睡眠狀態(tài),由于微處理器工作期與睡眠期的時(shí)間比小于1/100,所以可大大減少功耗。同時(shí)由于在睡眠期微處理器對外部的干擾不敏感,這樣可提高儀表的抗干擾性。


2、面板校準(zhǔn)技術(shù)

打開工業(yè)校準(zhǔn)器的電源開關(guān),中央處理器根據(jù)面板上的按鍵選擇進(jìn)入正常工作狀態(tài),然后根據(jù)按鍵校準(zhǔn)功能鍵選擇輸入、輸出校準(zhǔn),之后進(jìn)行自檢和初始化,判斷是否有鍵按下,如無鍵操作,處理器進(jìn)入睡眠狀態(tài),如有鍵按下,喚醒處理器進(jìn)行鍵分析,轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵執(zhí)行程序。

為保證儀表的精度指標(biāo),在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)要進(jìn)行校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)狀態(tài),所有量程校準(zhǔn)由機(jī)內(nèi)面板校準(zhǔn)軟件完成。校準(zhǔn)參數(shù)自動存入機(jī)內(nèi)的EEPROM內(nèi)。


結(jié)束語

對昌暉儀表YR-100過程校驗(yàn)儀校準(zhǔn)后,對輸出和輸入檢驗(yàn)用福祿克1281數(shù)字表和5520A標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行測量,精度高于0.005%量程,24小時(shí)穩(wěn)定度高于0.001%量程,在溫度實(shí)驗(yàn)箱做0-50℃溫度試驗(yàn),輸出和輸入各量程精度均在0.02%量程以內(nèi),其溫度影響最大不超過0.001%量程/℃。

通過在現(xiàn)場使用,證明YR-100過程校驗(yàn)儀穩(wěn)定、可靠、功能全、精度高,完全滿足在現(xiàn)場對過程儀表進(jìn)行校準(zhǔn)的要求。

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