水泵试验自动测控系统的设计与应用

微　处　理　机
M I CROPROCESS ORS
水泵试验自动测控系统的设计与应用
沈正海1
,陆森林2
,刘　辉
2
(1.西北工业大学电子信息学院,西安710072;2.陕西省风机泵工程研究中心,西安710072)
摘　要:为标定水泵的性能,设计了水泵试验自动测控系统,实现了水泵参数的自动测量和控
制,应用实例表明该系统具有实时检测、精度高和稳定性好的特点,可以实现水泵性能的在线判断。

关键词:水泵;RS -232/485;自动测控;智能仪表
中图分类号:TP29 文献标识码:B 文章编号:1002-2279(2007)04-0107-02
The D e s i gn and App li ca ti o n o f W a te r P um p ’s Au t om a ti c M ea su re
and Co n tr o l S ystem
SHE N Zheng -hai 1
,LU Sen -lin 2
,L I U Hui
2
(1.College of Electronic &Infor m ation,N orthw estern Polytechnical U niversity,X i ’an 710072,China;
2.Shanxi Provincial Fun &Pum p Engineering Research Center ,X i ’an 710072,China )
Abstract:I n order t o get the capabilities of the pu mp,a syste m f or water pump ’s aut omatic measure
and contr ol is designed .It can measure all para meters and contr ol flux aut omatically .App lied experi m ents show the syste m has characteristics of real -ti m e detect,high p recisi on and good stability and can esti m ate the capabilities of the pump on ti m e .
Key words:W ater pu mp s;RS -232/485;Aut omatic measure and contr ol;I ntelligent meter
1　引　言
水泵的各项运动参数及其间的关系是反应水泵
性能的重要依据[1]
,利用水泵试验装置测量和标定水泵的各项参数是水泵等流体机械设备研制和出厂时的重要工序。

现有的试验装置多采用手工测量,需多人协作,存在成本高、控制难、误差大、效率低等缺点。

因此,针对现有水泵试验装置的缺点,利用PC 机、智能仪表和串口通讯协议构建了具有实时测量、精度高和稳定性好的水泵试验自动测控系统,实现了水泵性能好坏的在线判断,提高了水泵性能指标测量和标定的效率。

2　系统结构
2.1　水泵自动测试试验平台的设计要求
需测量的水泵参数有:流量、水温、进水口压力、出水口压力、扭矩和转速等,要求在PC 机上实时地显示这些参数,并保存目标流量处各参数的值。

测试过程中,要求测控系统通过调节电动阀来使当前流量达到目标流量,并测量目标流量处水泵的各项参数。

目标流量可由软件计算后自动给出,也可由
人为设定。

2.2　系统结构
根据设计要求可知系统需集中显示从分散的数据测量点获得的数据,用集散控制系统可实现对数据的分散测量和集中管理,它具有操作灵活、监督方便、危险分散等优点[2]。

集散控制系统一般由上位机、下位机和通讯三部分组成:上位机可以是普通的PC 机,它实现对数据的集中管理;各下位机实现数据的分散测量;通讯实现上下位机之间数据的传输。

水泵试验自动测控中的通信不要求很远的传输距离,试验在室内进行,干扰不是很大,因此采用RS -232接口就能满足需求。

试验中我们要测量六个参数,就需要六个下位机。

通常扭矩仪和转速仪可以集成在同一个下位机中,这样就可以减少一个下位机。

但是要使上位机能控制水泵系统的流量,还必须加上一个下位机来控制电动阀。

因此系统中共用到六个下位机,其中五个分别用于采集流量、温度、进口压力、出口压力、扭矩和转速数据,一个用于控制电动阀。

实现流量调节要用到反馈控制,反馈信号就是当前流量和目标流量的差值。

可以将反馈信号反馈
作者简介:沈正海(1981-),男,安徽肥东人,硕士研究生,主研方向:电路系统控制。

收稿日期:2005-12-04
第4期2007年8月
No .4
Aug .,2007
微　处　理　机给控制电动阀的下位机,由下位机硬件实现反馈控
制;也可以将其反馈给上位PC 机,由PC 机软件通过下位机控制电动阀。

采用前一种反馈策略时,反馈不经过上位PC 机,全部由下位机承担,下位机的硬件构造复杂,成本高。

本文采用后一种反馈策略,它由上位机软件自动计算出反馈信号,再根据反馈信号来控制流量。

既然上位机软件已实现了反馈功能,下位机硬件就不必再包含反馈模块,因此其构造简单,只需一个能和PC 机通讯的继电器即可,这样会降低下位机的成本。

软件实现的优点是灵活性高、易于维护、成本低。

为了缩短开发时间,开发人员的工作重点应放在上位机通讯控制软件的设计上,下位机采用已产品化的智能仪表,不再自行设计。

由于部分厂家的仪表(控制电动阀的继电器)只提供RS -485接口,因此最后的下位机有RS -232和RS -485两种接口。

通常PC 机只提供两个RS -232接口,要和六个具有RS -232或RS -485接口的下位机连接,必需对现有的端口进行扩展或者转换。

一种常用的方法是用RS -485总线法,它具有传输距离远、误码率低等优点。

但是水泵系统要转换成RS -485接口的RS -232接口有六个,其中下位机端5个(除控制电动阀继电器以外),上位机端1个。

而且RS
-485总线型结构造价偏高[3]
,上位机每次也只能访问一个下位机。

结合实际的试验条件,本水泵试验装置采用将RS -485接口转换成RS -232接口,并扩展PC 机可用RS -232端口的方法。

扩展卡采用MOXA 科技的S marti o C168H /PC I 型多串口卡,它可以同时提供8个独立的DB9针RS -232端口,能够满足本系统的需求。

整个系统的线路连接框图如图1所示。

图1　水泵实验自动测试系统原理框图
PC 作为上位机,主要负责从下位机获取参数数
据并加以处理和记录,根据当前流量和目标流量的
差值来向继电器发送吸合或者是断开命令,以调节管道流量大小;智能仪表作为下位机,负责从水泵系统中获取参数数据并将其发送给上位机,继电器还
要根据上位机的指令来进行相应的操作。

3　上位机通讯控制软件的设计
上位机通讯控制软件采用VB6.0编写,使用
VB6.0提供的MSComm 控件进行通讯[4]。

上位机软件和各个智能仪表之间的通讯必需符合仪表的通讯协议和系统的功能需求:继电器不必发送数据给PC 机,它只需按PC 发送过来的命令调节电动阀即可;扭矩仪采用中断方式主动给上位机发送数据,因此要在相应MSComm 控件的OnComm 事件中加入相应的接收数据代码;对于其他仪表,上位机必需发送查询命令才能获取其数据。

软件将同时获取各个端口的数据,而不是像总线结构那样一一的轮询。

因为下位仪表对上位机命令的响应时间很长(100m s 级),若一一轮询数据将会延长重复查询的周期时间,降低系统的实时性。

此外,上位机和仪表通讯的时候,难免发生数据传输错误,这可以通过检测循环冗余校验(CRC )码来判定,当发生错误时软件会自动重新获取数据。

用软件实现流量反馈调节时,不同反馈信号对应的电动阀动作如下:
电动阀关闭(
流量减省),　当前流量>目标流量+偏差
停止(流量不变),　当前流量-目标流量<偏差
开启(流量增大),　当前流量<目标流量-偏差软件测量的流程框图如图2所示。

图2　上位机通讯控制程序主流程框图
4　测试试验
用改造过后的水泵试验装置对最大流量为20m3/h 左右的水泵系统进行测试,通信控制软件自动将最大流量分为13等份,共测量了14个数据点,大约耗时3分钟。

所获得的一次水泵试验的数据如表1。

表中的其它参数对流量的变化趋势如图3所示。

(下转第111页)
・801・2007年　
龚小年等:双口RAM
的发展及在现代数字系统中的应用
图2　数据采集与控制子系统框图
3.2　双口RAM 总线在适配卡中的应用
在工业控制系统中,往往需要实现多种总线共
同构成网络之间的互连。

基于双口RAM 的Lon 2Works 总线与CAN 总线适配卡(系统框图如图3)能够实现Lon Works 智能通信节点与CAN 智能通信节点间的通信,保证两种总线所构成网络之间的数据可靠、准确、快捷传输。

图3　基于双口RAM 的Lon Works/CAN 适配卡框图
Lon Works 和CAN 同属于现场总线技术。

Lon Works (Local Operating Net w orks,局部操作网络)总
线是由美国Echel on 公司推出的一种现场总线技
术。

CAN (Contr oller A rea Net w ork )是由德国Bosch 公司在80年代初为了解决现代汽车中众多的传感器和执行装置之间的数据通信而开发的一种串行通信协议。

要实现Lon Works 和CAN 两种不同现场总线之间的通信,不能把两种接口直接硬件连接。

因此,需要把LON 网络LonTalk 协议进行转换。

双口RAM 在这种总线适配卡中,作为两个CP U 之间数据传输的通道实现了这一功能。

4　结束语
双口RAM 的应用有效解决了高速数据传输的速度瓶颈问题,在现代数字系统中得到了广泛的应用。

随着数字系统的发展,对数据的传输速度将会提出更高的要求,同时必将对双口RAM 的性能提出新的挑战。

参考文献:[1]　钱瑞霞.基于双口RAM 的智能数据采集卡设计[J ].
中国仪器仪表,2001(3):24-26.[2]　黄志武,尹进峰.基于双口RAM 的Lon Works 智能通
信节点设计[J ].单片机及嵌入式系统应用,2004(12):20-23.[3]　戴明桢,周建江.T M S320C54X DSP 结构、原理与应用
[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2001.
(上接第108页)
表1　水泵试验自动测试系统获得的部分数据流量/(m 3
/h )温度/℃
进口压力/KPa 出口压力
/M Pa 扭矩/N.m
0.00025.6-13.10.191477.8071.66525.7-13.90.184471.2673.28025.7-13.90.185466.9974.64225.8-14.50.182462.3266.15625.6-14.40.183458.1717.72025.5-14.90.182451.8979.28425.4-15.80.183444.79310.84825.3-16.30.182440.43712.31125.3-16.50.182434.37414.07725.1-16.80.182428.86115.43925.2-17.00.182423.60517.00425.2-18.00.182418.58018.71925.2-18.50.182413.66020.081
25.
1
-19.50.179408.
944
图3　各参数对流量的趋势图
经过分析,这些数据合理反应了水泵各参数的变化规律。

5　结　论
本系统具有以下特点:①获取的数据类型多,
包括流量、温度、压力、扭矩和转速;②系统中综合使用了两种类型的串口RS -232和RS -485;③上位机获取参数数据的形式多样,既有主动查询方式,也有中断方式;④系统大部分功能都由软件来实现,可维护性强。

硬件电路简单且已采用了产品化的智能仪表,使系统稳定可靠且成本低。

该系统软件操作界面简单、易于掌握,经过多次实际测量,系统运行稳定可靠、实时性高,完全满足实际的要求。

若将系统稍加改造,也可用于其它类似设备(如风机)的测试中去。

参考文献:
[1]　关醒凡.现代泵技术手册[M ].北京:宇航出版社,
1995:27-28.[2]　何衍庆,俞金寿.集散控制系统原理及应用[M ].北
京:化学工业出版社,2002.[3]　钟继红.RS -485远程测控系统[J ].电子技术,1998,
(12):34-35.[4]　范逸之,陈立元.V isual Basic 与RS -232串行通信控
制[M ].北京:清华大学出版社,2002.
・
111・　4期。