專利名稱：一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械密封的檢測與控制領(lǐng)域，具體涉及一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
機(jī)械工程中密封屬于基礎(chǔ)部件，對密封的不同工程應(yīng)用，需要建立不同的試驗(yàn)臺。 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺都是一個試驗(yàn)臺配置相應(yīng)的檢測與控制系統(tǒng)。如果有其它的目標(biāo)實(shí)驗(yàn)臺的建立，則需要更新試驗(yàn)設(shè)備。在更新試驗(yàn)設(shè)備的同時(shí)，檢測、控制系統(tǒng)也要重新建立。由于從事密封研究的人員大多都是機(jī)械專業(yè)畢業(yè)，所以，在數(shù)據(jù)檢測、試驗(yàn)臺的控制方面，需要進(jìn)行低層次的學(xué)習(xí)與重復(fù)勞動，造成了較大的精力浪費(fèi)，研究的精力不是集中在研究內(nèi)容之上。 而是花費(fèi)在檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、購置、調(diào)試之中。工程研究不僅僅需要理論模型的建立與數(shù)值模擬，還需要通過試驗(yàn)驗(yàn)證相關(guān)的理論結(jié)果。為此，每年研究生的工作中，都需要花費(fèi)較多的精力投入到試驗(yàn)系統(tǒng)的建設(shè)之中， 而試驗(yàn)系統(tǒng)的建立，不僅僅是基本的機(jī)械系統(tǒng)，還需要建立相應(yīng)的檢測與控制系統(tǒng)。由于每個研究生的研究內(nèi)容不同，某個研究生建立的試驗(yàn)臺，下一屆的同學(xué)就需要改進(jìn)或者拆除， 由此又需要再進(jìn)行不少的重復(fù)勞動。一些實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)設(shè)備很多，每個實(shí)驗(yàn)臺都有相應(yīng)的測量與控制裝置，最終導(dǎo)致了各個實(shí)驗(yàn)臺都是分離的設(shè)備，更新改進(jìn)的速度很慢。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)密封常規(guī)數(shù)據(jù)量的集中檢測，而且對系統(tǒng)的控制還能夠建立新的邏輯界面，提高研究工作效率、降低設(shè)備投入。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)A、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心B和工作分站C，工作分站C的輸出和數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心B的輸入連接，數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心B的輸出和上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)A連接，上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)A 由第一工控機(jī)6、第二工控機(jī)7、第三工控機(jī)8和以太網(wǎng)交換機(jī)1連接而成，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互； 數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心B由一臺可編程邏輯控制器5和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡3組成，可編程邏輯控制器5作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，采集與控制現(xiàn)場信號，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡3將需要檢測高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換；工作分站C是能夠增減的試驗(yàn)臺，每個子站的控制器上都有一個用于Modbus串行通信的端口。所述的第一工控機(jī)6作為以太網(wǎng)的客戶端通過網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)1，訪問可編程邏輯控制器5中的數(shù)據(jù)；第二工控機(jī)7負(fù)責(zé)普通數(shù)據(jù)量的顯示，存儲與開關(guān)的控制， 它通過網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)1，實(shí)現(xiàn)對可編程邏輯控制器5數(shù)據(jù)的操作；第三工控機(jī)8 通過網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)1，作為客戶端對可編程邏輯控制器5內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，設(shè)計(jì)用于添加新的軟件控制系統(tǒng)。
所述的上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)A通過基于Modbus TCP協(xié)議的以太網(wǎng)對數(shù)據(jù)服務(wù)器可編程邏輯控制器5進(jìn)行操作，可編程邏輯控制器5通過輸入輸出模塊2和串行通信 4獲取實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場的所有數(shù)據(jù)。所述的工作分站C的每個試驗(yàn)臺控制器支持Modbus串行通信功能，以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)數(shù)據(jù)的交換。所述的一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)對于高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量的監(jiān)測采用數(shù)據(jù)采集卡9，高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量經(jīng)過可編程邏輯控制器5的輸入輸出模塊2后串行經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器3給數(shù)據(jù)采集卡9，再由工控機(jī)6的數(shù)據(jù)采集程序進(jìn)行處理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為與傳統(tǒng)的檢測控制系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)最大的優(yōu)越性在于其靈活性，工作分站C中的每個試驗(yàn)臺都是可以增減的，當(dāng)需要建立新的試驗(yàn)臺時(shí)，只需要將新的控制器通過串口連接到圖中的串行通信4上，可編程邏輯控制器5不需要改變原來的程序， 只需要加上新的子站處理程序即可。對于試驗(yàn)臺的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量，只需要將其連接到預(yù)留的高速量端子19上，在第一工控機(jī)6中添加相應(yīng)的程序。各個試驗(yàn)臺相互之間是獨(dú)立的， 所以添加或刪除某一個試驗(yàn)臺不會影響其它試驗(yàn)。拆除一個試驗(yàn)臺時(shí)，也只需在第一工控機(jī)6、第二工控機(jī)7中將這一部分的程序去掉。第二工控機(jī)7用于對密封常規(guī)數(shù)據(jù)量集中檢測。對整個系統(tǒng)的控制還能夠在第三工控機(jī)8中建立新的邏輯界面，提高研究工作效率、降低設(shè)備投入。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明工作分站C主站與子站連接方式示意圖。圖3為本發(fā)明工作分站C輔助系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明一號從站監(jiān)控邏輯圖。圖5為本發(fā)明二號從站監(jiān)控邏輯圖。圖6為本發(fā)明三號從站監(jiān)控邏輯圖。圖7為本發(fā)明四號從站、五號從站監(jiān)控邏輯圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做詳細(xì)描述。參照圖1，一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng) A、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心B和工作分站C，工作分站C的輸出和數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心B的輸入連接，數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心B的輸出和上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)A連接。上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)A是系統(tǒng)的人機(jī)交互部分，也是系統(tǒng)的最上層，它由第一工控機(jī)6、第二工控機(jī)7、第三工控機(jī)8通過網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)1，第一工控機(jī)6通過數(shù)據(jù)采集卡9連接到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡3 ；第一工控機(jī)6上裝高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件，通過數(shù)據(jù)采集卡9連接到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡3，用于對試驗(yàn)中高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量的動態(tài)性能進(jìn)行分析。第一工控機(jī)6作為以太網(wǎng)的客戶端通過網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)1，訪問可編程邏輯控制器5中的數(shù)據(jù)；第二工控機(jī)7負(fù)責(zé)普通數(shù)據(jù)量的顯示，存儲與開關(guān)的控制，它通過網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)1，實(shí)現(xiàn)對可編程邏輯控制器5數(shù)據(jù)的操作；第三工控機(jī)8通過網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)1，作為客戶端對可編程邏輯控制器5內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，設(shè)計(jì)用于添加新的軟件控制系統(tǒng)。上位機(jī)控制與顯示部分A的功能將要下達(dá)的命令轉(zhuǎn)換成可編程邏輯控制器5能夠識別的數(shù)據(jù)，再通過以太網(wǎng)交換機(jī)1對可編程邏輯控制器5的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，上位機(jī)控制與顯示部分A與數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心B數(shù)據(jù)交換有兩種實(shí)現(xiàn)方式對于不需要研究動態(tài)過程的普通數(shù)據(jù)量，采用以太網(wǎng)通訊，從可編程邏輯控制器5中獲取數(shù)據(jù)，可編程邏輯控制器 5中的數(shù)據(jù)也來自兩部分一部分是由輸入輸出模塊2取得的數(shù)據(jù)；另一部分是通過串行通信4得到的數(shù)據(jù)，這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)中，通過輸入輸出模塊2得到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性高，而串行通信4 獲得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性相對要低。對于需要研究動態(tài)過程的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量，可編程邏輯控制器5難以達(dá)到精度要求，采用數(shù)據(jù)采集卡9采集數(shù)據(jù)將要采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡3轉(zhuǎn)換成電腦能識別的量后，連接到第一工控機(jī)6上的數(shù)據(jù)采集卡9，數(shù)據(jù)采集卡9將信號交給電腦程序，實(shí)時(shí)處理記錄與顯示。無論是哪種類型的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)都提供了靈活的接口 普通數(shù)據(jù)量連接到可編程邏輯控制器5的輸入輸出模塊2，試驗(yàn)臺的數(shù)據(jù)可加入串行通信4 ；高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量連接到數(shù)據(jù)采集卡9?？刂婆c顯示系統(tǒng)有高速數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)和普通數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，分別對應(yīng)于第一工控機(jī)6和第二工控機(jī)7。高速數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)用于對高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量的采集，用于對系統(tǒng)的動態(tài)特性做分析，數(shù)據(jù)采集卡提供了靈活的軟件接口，可以很方便的用軟件進(jìn)行二次開發(fā)；普通數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)對普通數(shù)據(jù)的采集、存儲與控制，普通數(shù)據(jù)量是通過以太網(wǎng)從可編程邏輯控制器5中讀取過來的，要求該系統(tǒng)能夠識別Modbus的數(shù)據(jù)，無論是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還是普通量數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，都屬于實(shí)驗(yàn)室工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)第一工控機(jī)6、第二工控機(jī)7、第三工控機(jī)8通過太網(wǎng)交換機(jī)1構(gòu)成一個局域網(wǎng)，局域網(wǎng)的通信協(xié)議為ModbusTCP，監(jiān)控系統(tǒng)軟件需要支持ModbusTCP通信，通過可編程邏輯控制器5的端口 502對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。當(dāng)需要添加新的監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，只需開發(fā)出新的監(jiān)控軟件，加入第三工控機(jī)8即可，所有局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)都可以共享，必要的時(shí)候可以發(fā)布到網(wǎng)上，在任何地方都能夠訪問到互聯(lián)網(wǎng)的地方都可以實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的訪問。數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心B是監(jiān)控系統(tǒng)的核心，由一臺可編程邏輯控制器5和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡3組成，可編程邏輯控制器5通過輸入輸出模塊2連接到各個試驗(yàn)臺，輔助系統(tǒng)的閥門、儀表分別接到輸入輸出模塊2，高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量串行經(jīng)過可編程邏輯控制器5后到達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡3中，再交給上位機(jī)控制與顯示部分A中的第一工控機(jī)6，可編程邏輯控制器5通過串行通信4對各個從站的數(shù)據(jù)采集和控制，所有的數(shù)據(jù)都通過可編程邏輯控制器5，所以可編程邏輯控制器5是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，可編程邏輯控制器5通過以太網(wǎng)接口連接到以太網(wǎng)交換機(jī)1，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，以方便上位機(jī)控制與顯示部分A中的工控機(jī)對數(shù)據(jù)的訪問與控制。機(jī)械密封集中監(jiān)測與控制系統(tǒng)對可編程邏輯控制器5要求很高，要求其能同時(shí)具有以太網(wǎng)和串口兩種通信功能；另一方面，為了整個實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)采集，要求其模擬量與數(shù)字量都能提供可擴(kuò)展的接口，選用可編程邏輯控制器的原則盡量實(shí)現(xiàn)各級都是同一個公司，如果各個級別上，可編程邏輯控制器的生產(chǎn)商不是一個廠家，則其通訊接口的速率會收到一定的影響，雖然不同廠家的可編程邏輯控制器都提供MODBUS協(xié)議，但是，其通訊的速率還是不穩(wěn)定，有時(shí)只能降低通訊速率來實(shí)現(xiàn)通訊的協(xié)調(diào)。
工作分站C組成的系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主體，每個分站都有自己的控制器，這些控制器將負(fù)責(zé)每個試驗(yàn)臺的控制與相關(guān)數(shù)據(jù)采集，各個控制器將通過各自的串行通信端口串聯(lián)接到串行通信4，每個工作分站都將設(shè)定一個不同與其它分站的站號，分站是可添加的， 所以試驗(yàn)臺的個數(shù)可變，控制器將通過串行通信4將本試驗(yàn)臺的數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心B中的可編程邏輯控制器5，試驗(yàn)臺中的高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量將通過高速量接入端子19， 串行經(jīng)過輸入輸出模塊2后到達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡3。每個試驗(yàn)臺需要的輔助系統(tǒng)，都連接到相應(yīng)的輔助系統(tǒng)接口，其控制系統(tǒng)已經(jīng)連好了。根據(jù)Modbus協(xié)議，一臺主站下最多能接255個從站，但從站需要具有Modbus串行通信接口，Modbus總線協(xié)議作為一工業(yè)上廣泛應(yīng)用的總線得到大部分設(shè)備與儀表的支持，當(dāng)要在原來的基礎(chǔ)上增加新的子站時(shí)，只需要將新的設(shè)備添加到原來系統(tǒng)的末端，設(shè)定站號，同時(shí)將通訊的波特率、校驗(yàn)方式設(shè)定與主站一樣，再在主站添加新的子站處理程序即可，Modbus通訊采用的連接如圖2所示。輔助系統(tǒng)是給各個子站提供各種實(shí)驗(yàn)所需的輔助量的，包括高壓氣輔助系統(tǒng)15、 低壓氣輔助系統(tǒng)16、高壓水輔助系統(tǒng)17、低壓水輔助系統(tǒng)18，如圖3所示，圖中的流量計(jì) F、壓力傳感器P、溫度傳感器T都提供4-20mA的模擬信號，V是閥門，需要有開關(guān)量控制信號，這些信號接到輸入輸出端子接口 20，再將信號送給可編程邏輯控制器5的輸入輸出模塊2，高壓氣輔助系統(tǒng)15通過高壓空壓機(jī)HM提供高壓氣存儲到儲氣罐S，再經(jīng)過調(diào)壓閥輸出40MPa以內(nèi)的高壓氣；低壓氣輔助系統(tǒng)16由空氣壓縮機(jī)LM提供0. 7MPa的低壓空氣，為實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)定的低壓氣源；低壓水輔助系統(tǒng)18由水箱提供正常壓力的純凈水，為實(shí)驗(yàn)設(shè)備提供低壓水；高壓水輔助系統(tǒng)17由水箱和高壓水泵M組成，提供最高可達(dá)20MPa的可調(diào)壓力的高壓水，用于各種需要高壓水的場合。在實(shí)驗(yàn)室的水和氣管路上都安裝溫度傳感器T、 壓力傳感器P和流量計(jì)F以及控制開關(guān)V。溫度傳感器T、壓力傳感器P和流量計(jì)F以及控制開關(guān)V的信號都連接到輸入輸出端子接口 20。本發(fā)明的工作原理為本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)密封常用測試量的測量，實(shí)現(xiàn)常用密封實(shí)驗(yàn)的控制，下面分別對常用的機(jī)械密封件測量的檢測過程進(jìn)行敘述。1轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速檢測轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的檢測是通過對轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速頻率信號的檢測與處理得到的。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀測量的頻率信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成MV的頻率信號，控制器的高速計(jì)數(shù)器檢測到頻率信號，進(jìn)行相關(guān)的處理，就能得到最終的轉(zhuǎn)速與頻率信號。該信號將存儲在本地，同時(shí)在本地顯示界面上顯示，另一方面，通過串行通信4傳輸給主站可編程邏輯控制器5，用戶通過工控機(jī)讀取可編程邏輯控制器5上的數(shù)據(jù)得到實(shí)際的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速。2流量檢測與控制可編程邏輯控制器5通過輸入輸出模塊2控制電磁閥V的開關(guān)以實(shí)現(xiàn)對流量的控制；流量計(jì)F將流量信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號，該信號傳送給可編程邏輯控制器5的輸入輸出端子2，可編程邏輯控制器5對電流信號進(jìn)行相應(yīng)的處理，得到流量信號。用戶通過在工控機(jī)的人際交互界面進(jìn)行相關(guān)的操作對可編程邏輯控制器5進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，從而監(jiān)控現(xiàn)場流量。3壓力檢測壓力有高壓、低壓兩種，它們的檢測原理相同，但是在儀表的選擇上有所不同。都要根據(jù)實(shí)際壓力的最大量程選取，以保證測量的精確性。壓力計(jì)P將壓力信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號，該信號傳送給可編程邏輯控制器5的輸入輸出端子2，可編程邏輯控制器5對壓力信號進(jìn)行相應(yīng)的處理，得到壓力數(shù)據(jù)。用戶通過工控機(jī)讀取可編程邏輯控制器5上的數(shù)據(jù)得到實(shí)際的壓力值。4溫度檢測溫度檢測采用溫度傳感器T，將信號轉(zhuǎn)換成4_20mA信號交給可編程邏輯控制器5的輸入輸出端子2。還有一部分溫度信號，如加熱爐，溫度較高，這就需要選擇特殊的溫度傳感器。溫度傳感器將測量信號交給溫度巡檢儀，溫度巡檢儀將檢測每一路需要檢測的溫度信號，處理并顯示。之后，通過串行通信4，將溫度信號傳輸給可編程邏輯控制器 5機(jī)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)測。5 一號從站10遠(yuǎn)程監(jiān)控邏輯的實(shí)現(xiàn)一號從站10是由一號站控制器控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，控制電機(jī)帶動實(shí)驗(yàn)腔內(nèi)主軸旋轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)過程中還需要有高壓氣輔助系統(tǒng)15、低壓氣輔助系統(tǒng)16、低壓水輔助系統(tǒng)18。實(shí)驗(yàn)過程中需要檢測高壓氣輸入與輸出的氣壓；需要監(jiān)測2路氣體流量；需要檢測低壓水的溫度與流量信號；需要控制電磁閥開關(guān)以關(guān)閉相應(yīng)的氣路。如圖4所示，高壓氣輔助系統(tǒng)15、低壓氣輔助系統(tǒng)16、低壓水輔助系統(tǒng)18等輔助系統(tǒng)的相關(guān)量，經(jīng)過傳感器檢測輸出4-20mV信號、電磁閥V的控制與狀態(tài)量連接到可編程邏輯控制器5的輸入輸出模塊2 ；可編程邏輯控制器5將信號處理后經(jīng)過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)共享給電腦監(jiān)控軟件。當(dāng)用戶想打開或關(guān)閉某一路氣或水時(shí)，在監(jiān)控軟件里面控制相應(yīng)的開關(guān)，通過以太網(wǎng)交給操作可編程邏輯控制器5的數(shù)據(jù)，可編程邏輯控制器5改寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)量，由輸入輸出模塊2控制電磁閥。對于一號從站的操作，首先在第二工控機(jī)7的監(jiān)控軟件系統(tǒng)中設(shè)定電機(jī)的運(yùn)行速度與加速度，速度與加速度信號經(jīng)過以太網(wǎng)寫入可編程邏輯控制器5，可編程邏輯控制器5通過串行通信4將該信號給一號站控制器。一號站控制器檢測到速度與加速度的信號后再將速度與加速度信號經(jīng)過通信線22交給變頻器，變頻器設(shè)定好這兩個參數(shù)。當(dāng)用戶在第二工控機(jī)7的監(jiān)控系統(tǒng)中下達(dá)“啟動”命令時(shí)，該命令將被轉(zhuǎn)換成邏輯量，經(jīng)過上述速度與加速度同樣的路由到達(dá)一號從站10的一號站控制器，一號站控制器控制變頻器上的啟動控制端子23，電機(jī)按照設(shè)定的速度與加速度啟動。在這個過程中，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀21將檢測的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號傳遞給一號站控制器，一號站控制器處理后得到轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號，并將這些信號通過串行通信4傳遞給可編程邏輯控制器5，再被第二工控機(jī)7讀取。若當(dāng)檢測到某一量異常后，即按照設(shè)定的方式停機(jī)。運(yùn)行過程中在第二工控機(jī) 7的控制軟件中修改速度后，新的速度指令將傳遞給一號站控制器，最終變頻器設(shè)定為新的速度，并按照設(shè)定的方式更新到新的速度。當(dāng)上位機(jī)傳來“停車”命令時(shí)，一號站控制器控制變頻器執(zhí)行停車命令，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的制動與停車。6 二號從站11的檢測控制的實(shí)現(xiàn)二號從站11是一個伺服控制系統(tǒng)控制的高速試驗(yàn)臺，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方式和相關(guān)參數(shù)通過電腦編程器預(yù)設(shè)，實(shí)際運(yùn)行過程中控制其加速度， 速度等。該試驗(yàn)臺需要高壓氣輔助系統(tǒng)15、低壓氣輔助系統(tǒng)16、低壓水輔助系統(tǒng)18，如圖5 所示。對于二號從站11的操作首先，操作者在第二工控機(jī)7監(jiān)控軟件里面設(shè)定好速度與加速度，經(jīng)過以太網(wǎng)改寫可編程邏輯控制器5中的數(shù)據(jù)，可編程邏輯控制器5通過串行通信 4將數(shù)據(jù)傳遞給二號從站11。二號站控制器接收到速度與加速度數(shù)據(jù)后，將加速度值通過 RS232串口 M傳遞給伺服驅(qū)動器；將速度值轉(zhuǎn)換成0-10V的模擬量，由二號站控制器的模擬量輸出25給伺服驅(qū)動器的模擬量輸入，驅(qū)動器根據(jù)模擬量信號和預(yù)設(shè)最大轉(zhuǎn)速值得出速度值。當(dāng)操作者下達(dá)“自動啟動”命令后，該命令經(jīng)過同樣的路由傳遞給二號站控制器。 二號站控制器將接到命令后，先控制低壓氣輔助系統(tǒng)16的電磁閥打開，之后再控制油潤滑泵打開，經(jīng)過設(shè)定的延時(shí)時(shí)間，再將水冷卻泵打開，最后啟動電機(jī)，電機(jī)將按照設(shè)定的速度與加速度曲線運(yùn)行。期間如果某一個環(huán)節(jié)有問題，則發(fā)出報(bào)警信號，傳遞給可編程邏輯控制器5。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀沈?qū)⑥D(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速頻率信號給二號站控制器，二號站控制器處理后給本地觸摸屏顯示，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳給可編程邏輯控制器5。溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測溫度，當(dāng)電機(jī)溫度超過80°C，電機(jī)將發(fā)出“溫度過高”報(bào)警并停機(jī)。當(dāng)操作者發(fā)出“自動停機(jī)”命令時(shí)，該命令經(jīng)過處理后路由達(dá)到二號站控制器，二號站控制器先將電機(jī)停機(jī)，然后依次關(guān)閉油冷、 水冷和氣。7三號從站12的檢測與控制的實(shí)現(xiàn)三號從站12是伺服系統(tǒng)控制的一個低速的往復(fù)實(shí)驗(yàn)臺，用于測量極小位移的往復(fù)運(yùn)動對于密封環(huán)的影響。該實(shí)驗(yàn)要求測量的是動態(tài)過程，所以相關(guān)參數(shù)將交給數(shù)據(jù)采集卡9，由第一工控機(jī)6的高速數(shù)據(jù)采集程序處理。該實(shí)驗(yàn)需要設(shè)定運(yùn)動的起始與終點(diǎn)位置，運(yùn)動速度，運(yùn)動次數(shù)等相關(guān)量，同時(shí)要檢測運(yùn)動件的當(dāng)前位置、拉壓力等物理量。如圖6所示，操作者在第二工控機(jī)7中設(shè)定好起始與終點(diǎn)位置， 運(yùn)動速度后，這些量經(jīng)過處理后寫入可編程邏輯控制器5，可編程邏輯控制器5經(jīng)過串行通信4將信號傳遞給三號站控制器。三號站控制器根據(jù)數(shù)據(jù)的地址確定起始位置信號，終點(diǎn)位置信號和速度信號。當(dāng)操作人員下達(dá)“運(yùn)行”命令后，該命令信號經(jīng)過可編程邏輯控制器 5再由串行通信4到達(dá)三號站控制器，該控制器根據(jù)速度值確定高速脈沖輸出端由高速脈沖信號四，該信號傳遞給伺服電機(jī)驅(qū)動器的脈沖信號輸入端，伺服驅(qū)動器控制電機(jī)以設(shè)定速度運(yùn)轉(zhuǎn)。在這運(yùn)動過程中，拉壓力傳感器27和光柵尺位移傳感器28分別檢測拉壓力和位移，這兩個物理量接到附近的高速量接入端子19上，經(jīng)過可編程邏輯控制器5的輸入輸出模塊2到達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡3，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡3將這些信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集卡9能識別的量后交給第一工控機(jī)6，第一工控機(jī)6的高速采集程序?qū)⑦@些量處理后存儲并顯示成動態(tài)曲線，以便操作者觀察其性能。8四號從站13、五號從站14的檢測與控制的實(shí)現(xiàn)四號從站13是一個變頻器控制冷卻用風(fēng)機(jī)與電機(jī)帶動的腔體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；五號從站14是溫控儀控制的腔體加熱與溫度監(jiān)控系統(tǒng)。如圖7所示，操作者在第二工控機(jī)7中設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，這些參數(shù)經(jīng)過處理寫入可編程序控制器5，可編程邏輯控制器5經(jīng)過串行通信4將對應(yīng)的信號給四號從站13、五號從站 14，控制器控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀31和實(shí)驗(yàn)腔內(nèi)其它信號接到高速量接入端子19上， 經(jīng)過可編程邏輯控制器5的輸入輸出模塊2到達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡3，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡3將這些信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集卡9能識別的量后交給第一工控機(jī)6。溫度傳感器30檢測到腔體表面、中間與底部的溫度信號，并將其交給五號從站控制器，五號從站控制器將該信號通過串行通信4 傳遞給可編程序控制器5。第二工控機(jī)7將獲取該信號，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。其余從站以此類推，可以根據(jù)具體的試驗(yàn)臺進(jìn)行檢測量與控制量的聯(lián)接。實(shí)現(xiàn)在平臺上的信息檢測、存儲以及驅(qū)動、供氣等的邏輯控制。
權(quán)利要求
1.一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)(A)、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心(B)和工作分站(C)，其特征在于工作分站(C)的輸出和數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心(B)的輸入連接，數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心(B)的輸出和上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)(A)連接， 上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)(A)由第一工控機(jī)(6)、第二工控機(jī)(7)、第三工控機(jī)(8)和以太網(wǎng)交換機(jī)(1)連接而成，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心(B)由一臺可編程邏輯控制器 (5)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡C3)組成，可編程邏輯控制器( 作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，采集與控制現(xiàn)場信號， 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡(3)將需要檢測高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換；工作分站(C)是能夠增減的試驗(yàn)臺，每個子站的控制器上都有一個用于Modbus串行通信的端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)，其特征在于所述的第一工控機(jī)(6)作為以太網(wǎng)的客戶端通過網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)(1)，訪問可編程邏輯控制器(5)中的數(shù)據(jù)；第二工控機(jī)(7)負(fù)責(zé)普通數(shù)據(jù)量的顯示，存儲與開關(guān)的控制，它通過網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)(1)，實(shí)現(xiàn)對可編程邏輯控制器(5)數(shù)據(jù)的操作；第三工控機(jī)(8) 通過網(wǎng)線連接到以太網(wǎng)交換機(jī)(1)，作為客戶端對可編程邏輯控制器(5)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作， 設(shè)計(jì)用于添加新的軟件控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)，其特征在于所述的上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)(A)通過基于ModbusTCP協(xié)議的以太網(wǎng)對數(shù)據(jù)服務(wù)器可編程邏輯控制器( 進(jìn)行操作，可編程邏輯控制器( 通過輸入輸出模塊( 和串行通信(4)獲取實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場的所有數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)，其特征在于所述的工作分站(C)的每個試驗(yàn)臺控制器支持Modbus串行通信功能，以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)數(shù)據(jù)的交換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)，其特征在于所述的一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)對于高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量的監(jiān)測采用數(shù)據(jù)采集卡(9)，高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量經(jīng)過可編程邏輯控制器(5)的輸入輸出模塊( 后串行經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(3) 給數(shù)據(jù)采集卡(9)，再由工控機(jī)(6)的數(shù)據(jù)采集程序進(jìn)行處理。
全文摘要
一種密封試驗(yàn)的集中檢測與控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心和工作分站，工作分站的輸出和數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心的輸入連接，數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心的輸出和上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)連接，上位機(jī)控制與顯示子系統(tǒng)三臺工控機(jī)和以太網(wǎng)交換機(jī)連接而成，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換中心由一臺可編程邏輯控制器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡組成，可編程邏輯控制器作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，采集與控制現(xiàn)場信號，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡將需要檢測高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換；工作分站是能夠增減的試驗(yàn)臺，每個子站的控制器上都有一個用于Modbus串行通信的端口，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)密封常規(guī)數(shù)據(jù)量的集中檢測，而且對系統(tǒng)的控制還能夠建立新的邏輯界面，提高研究工作效率、降低設(shè)備投入。
文檔編號G01M3/00GK102541018SQ201210010369
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者劉向鋒, 劉瑩, 康東, 王玉明, 索雙富, 高志, 黃偉峰 申請人:清華大學(xué)