（检测技术与自动化装置专业论文）大口径热能表测控系统的设计与研究.pdf

i i l li ii ll li lll l li iiii y 17 4 7 8 2 7 d e s i g na n d r e s e a r c ho fc a l i b r a t i o nd e v i c ef o rl a r g e d i a me t e rh e a tm e t e r b y x uc u i c u i u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f h u a n gm i n g ji a n at h e s i ss u b m i t t e dt ot h eu n i v e r s i t yo fj i n a n i np a r t i a lf u l f i l l m e n to fr e q u i r e m e n t f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g u n i v e r s i t yo fj i n a n j i n a n ，s h a n d o n g ，p r c h i n a m a y2 0 ，2 0 1 0 r i 。 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和 汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：导师签名：e t 期： l 济南大学硕+ 学位论文 目录 摘要i i i a b s t r a c t v 第一章绪论1 1 1 课题研究背景及意义1 1 2 国外热能表检定技术发展现状2 1 3 国内热能表检定技术发展现状一3 1 4 本课题的提出及课题主要研究内容一4 第二章热能表检定装置7 2 1 热能表检定及检定原理7 2 2 小口径热能表检定装置一7 2 3 大口径热能表检定装置9 2 4 本章小结1 2 第三章检定装置测控系统的研究l3 3 1 硬件方案分析设计一13 3 1 1 元器件数量的选择14 3 1 2 传感器选型15 3 1 3 t t l 电路19 3 1 4 数据采集卡选型2 0 3 1 5 信号调理电路的设计2 2 3 1 6 电源电路一2 3 3 1 7 报警电路2 4 3 2 硬件系统原理接线图2 5 3 3 测控系统软件设计一2 5 3 3 1 界面设计2 6 3 3 2 参数设置模块2 7 3 3 3 数据采集和处理模块2 8 3 3 4 故障检测模块2 9 3 3 5 数据管理模块3l 3 4 本章小结3 2 第四章检定装置故障诊断系统的开发3 3 4 1 故障诊断的方法3 3 4 1 1 基于解析模型的非线性系统故障诊断方法3 4 4 1 2 基于信号处理的方法3 6 l 大k 1 径热能表测控系统的设计与研究 4 1 3 基于知识的方法3 8 4 2 测控系统仪表故障诊断4 0 4 2 1 信号处理4 1 4 2 2 确定方差区间4 2 4 2 3 仪表故障诊断4 2 4 3 本章小结4 4 第五章加热水箱的温度控制4 5 5 1 硬件设计4 5 5 2 数学模型4 6 5 3 f u z z y p i 改善整体性能的可行性分析4 7 5 4 f u z z y 控制器的设计4 8 5 4 控制系统软件设计及其仿真5 l 5 6 本章小结5 4 第六章结论与展望5 5 6 1 本文工作总结5 5 6 2 展望及建议5 6 参考文献5 7 封【谢6 3 附录a ( 攻读学位期间发表的论文) 6 5 附录b ( 硬件接线图) 6 7 u 济南大学硕士学位论文 摘要 热能表也称为热量表，随着热能体制改革的进行，国家对热能表的需求日益增 大，热能表的准确计量性能、热能的科学合理收费成为社会关注的焦点。热能表检 定装置用于热能表生产企业对热能表进行出厂检定，也适合供热企业及质量管理部 门对热量表进行首次强制检定、后续检定及质量管理部门对生产热能表的企业进行 型式实验和样机实验。 目前，我国已经具备生产小口径热能表及其检定装置的能力，测量精度和检定 精度已经达到国际先进水平；口径大于5 0 公称的大口径热能表的研究起步较晚， 虽然我国已经可以生产大口径热能表，但是我国大口径热能表检定装置的研制处于 初始阶段，大口径热能表检定靠进口，而进口的检定装置价格比较昂贵。因此，各 科研院校都紧锣密鼓的研究热能表检定装置，并取得了一定的成就，大口径热能表 检定规程也在进一步完善。 本文在我国具备生产大口径热能表的能力，大口径热能表检定装置的研制初有 成果的基础上，根据国家关于热能表检定的相关规定和要求，采用p c 工控机加数 据采集卡设计基于l a b v i e w 的大口径热能表测控系统。 本文主要内容： 1 、阐述了热能表检定装置的工作原理，分别对小口径和大口径热能表检定装 置进行分析。 2 、应用美国n l 公司的虚拟仪器开发平台( l a b v i e w ) ，硬件板卡( p x i - 6 2 8 1 ) ， m a x 配置p c i 一6 0 1 4 数据采集卡，a d a m 3 0 1 3 隔离热电阻输入模块等硬件设施， 设计测控硬件原理图。采用模块化结构设计软件测控系统，系统完成检测信号的实 时采集、显示、处理、控制信号的输出和数据管理等功能。本系统可视化强，实时 性高，界面友好，操作方便，经模拟运行，工作稳定，满足要求。 3 、热能表检定装置上安装有很多测量数据的传感器，在检定过程中8 0 故障 是仪表故障，在故障诊断模块设计的基础上，应用快速仪表诊断算法，建立大口径 热能表白动检定和故障诊断系统，完善系统故障诊断功能，减少了测量结果的不确 定度，对我国热能表检定技术的发展和热能计量改革具有一定的现实意义。 4 、加热锅炉的温度稳定性，对检定的准确性起着关键的作用。在原有p i 控制 中引入f u z z y 控制，设计双模态控制器，并通过l a b v i e w 仿真，仿真结果显示 f u z z y p i 控制的运行特性在保持f u z z y 动态特性的前提下，稳态误差带比p i 控制下 i i i 大口径热能表测摔系统的设计与研究 的稳态误差带减小了一个数量级，有利于减少热能表检定过程中热能的损耗。 最后，指出了系统设计的不足和改进思路，为课题的进一步深入研究奠定了基 础。本课题的研究，将结束大口径检定装置靠进口的历史，填补国内热能表检定领 域的空白，推动国家供热体制改革进入新的台阶，对能源节约、保护环境做出较大 贡献。 关键词：热能表检定；故障诊断；温度控制；l a b v i e w i v 济南大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er e f o r mo ft h eh e a ts u p p l ys y s t e mg o i n gq u i c k l yi nc h i n a , t h e r en e e dm o r e a n dm o r eh e a tm e t e r s ，t h ea c c u r a t em e a s u r e m e n to fh e a te n e r g ya n dt h es c i e n t i f i c a l l y r a t i o n a lp r i c eh a v eb e c o m et h ef o c u so fs o c i e t y h e a tm e t e rc e l i b r a t i o nd e v i c ei su s e df o r p r o d u c t i o no fb u s i n e s s - t o h e a tt a b l ef a c t o r yt e s t ，a n da l s o s u i t a b l ef o rh e a t i n gb u s i n e s s a n dq u a l i t ym a n a g e m e n td e p a r t m e n to ft h ec a l o r i m e t e ro ft h ef i r s tm a n d a t o r yt e s t ， f o l l o w - u pt e s ta n dq u a l i t ym a n a g e m e n td e p a r t m e n to ft h ep r o d u c t i o ne n t e r p r i s e si nt h e t a b l et y p eo fh e a te x p e r i m e n t sa n dp r o t o t y p ee x p e r i m e n t s a tp r e s e n t ，c h i n aa l r e a d yh a st h ea b i l i t yt op r o d u c tt h es m a l ld i a m e t e rh e a tm e t e r a n dt h ec e l i b r a t i o nd e v i c e ，f u r t h e r m o r e ，i t sm e a s u r e m e n ta c c u r a c ya n dt e s ta c c u r a c yh a v e r e a c h e dt h ei n t e r n a t i o n a la d v a n c e d l e v e l h o w e v e r , s t u d y o fg r e a t e rt h a n5 0 l a r g e d i a m e t e rh e a tm e t e rs t a r t e dl a t e ，a l t h o u g ht h ec o u n t r yh a st op r o d u c el a r g ed i a m e t e r h e a tm e t e r ，l a r g e - d i a m e t e rh e a tm e t e rc a l i b r a t i o nd e v i c ew e r ei nt h ei n i t i a ls t a g e ，a n dr e l y o ni m p o r t s ，w h i l et h ep r i c ei st o oh i g h ，w h i c hp r o m p t e dc h i n a ss t u d y , t h er&d i n s t i t u t i o n sh a v es t u d i e do b t a i nt h ec o r r e s p o n d i n ga c h i e v e m e n t s ，a n dt e s tp r o c e d u r e sa r e f u r t h e ri m p r o v e d w i t ht h ep r o d u c t i o nc a p a c i t yo fl a r g ed i a m e t e rh e a tm e t e r , l a r g e - d i a m e t e rh e a tm e t e r c a l i b r a t i o nd e v i c ef o rt h eb e g i n n i n go faf r u i t f u l ，b a s e do nn a t i o n a lc e r t i f i c a t i o no nt h e r e l e v a n tp r o v i s i o n sa n dr e q u i r e m e n t so fh e a tm e t e r t h ep ca n da c q u i s i t i o nc a r da r eu s e d t od e s i g nt h em e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mo nt h el a r g e d i a m e t e rh e a tm e t e rb a s e do n l a b v i e wi nt h ep a p e r t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t ，t h eb a s i cp r i n c i p l e so fh e a tm e t e rc a l i b r a t i o nd e v i c ea r ee x p o u n d e d ；t h es m a l l a n dl a r g e - d i a m e t e rh e a tm e t e rc a l i b r a t i o nd e v i c e sa r ea n a l y z e d s e c o n d ，a p p l i c a t i n gu s n i sd e v e l o p m e n tp l a t f o r mv i r t u a li n s t r u m e n t ( l a b v i e w ) ， h a r d w a r eb o a r d ( p x i 一6 2 81 ) ，m a xt o c o n f i g u r e p c i - 6 0 14d a t a a c q u i s i t i o nc a r d ， a d a m 3 013i s o l a t e dr t di n p u t o u tm o d u l ea n do t h e rh a r d w a r ef a c i l i t i e s ，c o n t r o l h a r d w a r es c h e m a t i ca r ed e s i g n e d i tr e a l i z e st h er e a l - t i m ea c q u i s i t i o no fs i g n a l s ，d a t a p r o c e s s i n g ，d a t ad i s p l a y , d a t am a n a g e m e n ta n do u t p u to fc o n t r o ls i g n a l t h es y s t e mh a s v l 大口径热能表测控系统的设计与研究 m a n ys t r o n gp o i n t s s u c ha s s t r o n gv i s i b i l i t y , h i g h r e a l - t i m ep e r f o r m a n c e ，f r i e n d l y i n t e r f a c e ，e a s yo p e r a t i o n sa n dh i g hv i s i b i l i t ya n ds oo n ，a n dt h ea n a l o gr u n n i n gp r o v e s t h a tt h i ss y s t e mw o r k ss t a b l ya n dm e e t st h ed e m a n d s t h i r d ，t h e r ea r em a n ys e n s o r sw h i c ha r eu s e df o rm e a s u r i n gt h ed a t ai nt h eh e a t m e t e rc a l i b r a t i o nd e v i c e ，8 0 o ft h ef a i l u r ei nc a l i b r a t i o np r o c e s sa r ei n s t r u m e n tf a i l u r e a b o v eo nt h ed e s i g nf a u l td i a g n o s i sm o d u l e ，t h i sp a p e rs e t su pa na u t o m a t i cc a l i b r a t i o n a n df a u l td i a g n o s i ss y s t e mf o rl a r g e d i a m e t e rh e a t m e t e r , t a k i n gt h el a b v i e wv i r t u a l i n s t r u m e n ta sd e v e l o p m e n tp l a t f o r mu s i n gm o d u l a t i o nd e s i g n da n dt h er a p i ds e n s o rf a u l t d e t e c t i o na l g o r i t h m ，w h i c hd e c r e a s e st h eu n c e r t a i n t yo fm e a s u r e m e n t t h ep a p e rh a s r e a l i s t i cm e a n i n g st od e v e l o po u rc a l i b r a t i o nt e c h n o l o g ya b o u th e a tm e t e ra n dr e f o r mo f h e a tm e a s u r e m e n t t h et e m p e r a t u r es t a b i l i t yo f h e a t i n gb o i l e rt ot h ea c c u r a c yo ft h ec a l i b r a t i o np l a y sa k e yr o l e ，d u a l m o d ec o n t r o l l e ri sd e s i g n e db yi n t r o d u c t i n gf u z z yc o n t r o li no r i g i n a lp i c o n t r o la n ds i m u l a t e db yl a b v i e w t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t o p e r a t i n g c h a r a c t e r i s t i c so ff u z z y p ic o n t r o l ，f u z z yo p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c sw h i l em a i n t a i n i n gt h e p r e m i s eo ft h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h es t e a d y s t a t ee r r o rw i t hp it h a nu n d e rt h e c o n t r o lo ft h es t a b i l i t ys t a t ee r r o rw i t ha no r d e ro fm a g n i t u d er e d u c t i o nc a nh e l pr e d u c e h e a ts h e e tv e r i f i c a t i o np r o c e s sh e a tl o s s e s f i n a l l y , t h ep a p e rd o e ss u m m a r i z a t i o n s ，i n d i c a t e st h es h o r t a g e sa n dc h a n g i n gt h i n k si n s y s t e md e s i g nl a d i n gaf o u n d a t i o nf o rf u r t h e rr e s e a r c h t h ew o r ki nt h i sp a p e ri sh e l p f u lt o e n dt h eh i s t o r yb yi m p o r ta b o u tl a r g ed i a m e t e rc a l i b r a t i o nd e v i c ea n df i l lt h eg a p si no u r c o u n t r y ，w h i c hw i l lb r i n gg r e a tc o n t r i b u t i o nf o rr e f o r m k e y w o r d s ：c a l i b r a t i o no fh e a tm e t e r ；f a u l td e t e c t i o n ；t e m p e r a t u r ec o n t r o l ；l a b v i e w v i 济南大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景及意义 第一章绪论 热能表又称热量表、热能积算仪，它用法定的计量单位显示热量，既能测量供 热系统的供热量又能测量供冷系统的吸热量。目前所使用的热能表绝大多数只能测 量供热量，用来测量一个热流回路中流体吸收或释放热量多少，主要由流量传感器、 配对温度传感器和计算器三个部分组成，是热量计量的基础仪器【l - 3 1 。热能表检定装 置用于热能表生产企业对热能表进行出厂检定，也适合供热企业及质量管理部门对 热量表进行首次强制检定、后续检定及质量管理部门对生产热能表的企业进行型式 实验和样机实验【4 矧。 与欧美国家相比较，我国热能表及其热能表检定装置的研究起步较晚，其研究 和生产还停留在一个较低的水平上，热能表检定装置的研究更是如此；另外，我国 在这方面的法律法规还不健全，许多规定需要进一步完善和建立。不过，由于国家 的大力支持，热能表行业具备了一定的研究和生产能力，并开发出了不同用途、不 同口径的热能表产品，但是，热能表检定装置的研究滞后于热能表的研究。目前为 止，国内自主研发的检定装置都是针对小口径热能表的，技术正趋于完善，但是， 大口径热能表检定装置仍是空白，也就是说还没有自己的“合格”的大口径热能表， 面对引进外国设备技术的高费用，和环境因素的不适合，所以热能表检定装置的研 制成为中国热能表生产乃至供热体制改革向前发展的瓶颈环节【5 】。我国大口径热能 表的研制方面有一定的技术支持，山东省计量科学研究院流量室正在研制大口径热 能表检定装置，并有一定的成果。 研究大口径热能表检定测控系统，对提高我国热能表的产品质量及市场竞争 力，把好进口热能表的质量关，增进国际贸易，为我国的供热体制改革将产生积极 的影响，具有良好的社会意义和较高的经济效益。 热能表、热水表检定主要是对流量计的检定，虽然我国有大口径流量计的检定 装置，但是对大口径热能表的检定有了更高的要求，特别是可以检定多口径的装置。 由于多口径热能表检定系统需要测量的压力，温度等信号，测量点也比较多，系统 也变的更加复杂。由于没有的好的控制系统进行试验，无法得到真正的试验数据。 因此需要设计一个好控制系统进行实时控制，增加检定准确度，节约检定热能损失。 能源是发展国民经济的重要物质基础。当前能源问题己成为我国国民经济中的 1 大口径热能表测柠系统的设计与研究 一个突出问题。要搞好节能工作，首先必须对能源进行科学管理，能源的计量测试 工作就是对能源进行科学的管理的一项重要技术基础工作。这一工作如果做得不 好，节能的效果就难以确定。做好热能表的检定工作对于节能有着重要的意义。我 国不仅是一个能源消耗大国，而且能源利用率也很低，比发达国家低2 0 左右，所 以我国节能的潜力很大。如果能源利用率提高，其经济效益将是非常可观的。在节 能工作中，计量仪表是基础，热量计量将起到极为重要作用。 中国是一个发展中的大国，提倡科技创新，自力更生，大口径热能表检定系统 的研制，相应标准的建立，将结束检定装置靠进口的历史，控制系统落后，填补国 内热能表检定领域的空白，对于大口径热能表及热水表长期以来国内无标准装置的 情况得到改善，为加强计量系统的信誉，统一计量器具的量值，加强贸易计量器具 管理都将具有深远的意义。推动国家供热体制改革进入新的台阶，将对能源节约、 保护环境做出巨大贡献。 1 2 国外热能表检定技术发展现状 在热能表方面，欧洲生产的热能表不仅准确度高，性能也比较稳定，而且型式 多样；在技术文件方面，主要有o i m l r 7 5 国际法定计量组织7 5 号国际建议：热 量表、e n l 4 3 4 ：1 9 9 7 欧洲标准：热量表。 在热能表检定装置方面，德国等一些国家已经建有能满足各种不同规格热能表 检定的标准装置，并在全国建立了热量的量值传递系统。 德国的h y d r o m e t e rg m b h 是最大的热能表生产商，该厂具备大c i 径热能表装 置，并且为国家授权的检定站，还有欧州奥地利研究中一l , ( a u s t r i a nr e s e a r c hc e n t e r s ) 专为德国物理技术研究院( p t b ) 提供热能表检定装置。 p t b 热能实验室热能表装置技术指标： 口径：( 8 0 - - - 4 0 0 ) m m 流量测量范围：( 3 1 0 0 0 ) m 3 h 流体介质温度为( 3 9 0 ) ( 通过制冷和加热) 检测( 试验) 过程中流体温度漂移量 图3 5 铂电阻温度传感器引脚图 铂电阻温度传感器引出导线规格有三种：两线制、三线制、四线制。 两线制：由于连接导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高，两线制用于测 量精度要求不高的场合，并且导线的长度不宜过长。 四线n - 当测量电阻数值很小时，测试线的电阻可能引入明显误差，采用四线 制接法，就可以精确测量未知电阻上的压降，通过计算得出电阻值。 三线制：要求引出的三根导线截面积和长度均相同，测量铂电阻的电路一般是 不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其 余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上。当桥路平衡时，通过计算 可知，厨咄，火3 r 2 + r l r r 2 r ，当r i = r 2 时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响， 这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差，但是必须为全等臂电桥，否则不可能 完全消除导线电阻的影响，但分析可见，采用三线制会大大减小导线电阻带来的附 加误差，工业上一般都采用三线制接法。鉴于此接法的优点，本设计中传感器的输 出接线亦采用三线制接法。如图3 6 所示： 1 8 济南大学硕十学位论文 3 1 3 下r l 电路 ；：r - - - 1 j 黜 图3 6 三线制接线 t t l 是t r a n s i s t o rt r a n s i s t o rl o g i c 的缩写，意为晶体管一晶体管逻辑。 它是一般数据采集卡最常使用的输出入接线方式。在微机测控系统中，习惯用1 v r l 电路作为基本电路元件。气动阀门的开关信号实为数字量信号，亦可采用t t l 电路 形式，进行开关信号的检测。 ( 1 ) 信号范围。其额定电位是0 5 v 。高电位的范围是2 - 5 v 之间，而低电平则 是在0 - - 一0 7 v 之间。高低电平的信号范围的规定是考虑到芯片的可接受范围，例如 0 - 0 7 v 表示“关闭，而以2 5 v 代表“打开 。 ( 2 ) 接线方式。输人时接线应如图3 7 所示： 图3 7 1 v r l 电路原理图 图3 7 中的开关为行程开关( 常开) ，用来反映气动阀门的开度。当阀门开度达 到9 0 度时，行程开关动作，电路接通，输出低电平；当阀门开度小于9 0 度时，行 程开关不动作，输出高电平。 t t l 电平的电流范围必须落在2 0 m a 以内，超过范围可能会对设备接点后面的 1 9 大口径热能爱删衽系统的设计与研冤 t t l 电子零件造成影响，为了保证电流的范围，通常会在线路上加上限流电阻。3 3 0 f l 和4 7 0 q 都是经常使用的限流电阻。 输出时，由1 v r l 数字输出的电流相当的小( 最大2 0 m a ) ，它不能推动其他设备， 利用这种输出去推动其他设备时，必须通过放大器去推动其他设备。 3 1 4 数据采集卡选型 数据采集程序设计要从实际实验电路中采集物理数据。这就意味着，程序所需 的数据不仅来自计算机内部，还需要从计算机外采集一些数据，这就必须有硬件的 支持。通过硬件接口，完成采集外界数据并存储到计算机存储器的任务。 一般而言，能在计算机控制下完成数据采集与控制任务的板卡产品称为 ( d a q ) d a t a a c q u i s i t i o n 卡，分为内插式总线卡如p c i 一1 2 0 0 ，p c i 一6 0 1 4 等和外挂式卡。 d a q 卡的基本功能包括模拟量输入( d ) 、模拟量输出( d a ) 、数字输出i o ( d i d i t a l v o ) 和定时( t i m e r ) 计数( c o u n t e 0 。下面简单介绍一下d a q 卡的工作过程。 首先，d a q 卡将外界( 相对于p c 机来说) 的物理现象转化成计算机能识别的电 信号( h d ) 转换输入给计算机，然后让计算机去计算、处理，最后将结果反馈给测 量者，从而完成实验室测量、研究的任务；通过d a 转换，计算机也可以在d a q 卡的输出端上输出模拟信号或数字信号，完成工业控制中的测试测量任务。 l 、模拟量输入 当采用d a q 卡测量模拟信号时，必须考虑下列因素：输入模式( 单端输入或者 差分输入) 、分辨率、输入范围、采样速率，精度和噪声等。 单端输入以一个共同接地点为参考点。这种方式适用于输入信号为高电平( 大于 l 伏) ，信号源与采集端之间的距离较短( 小于l5 英尺) ，并且所有输入信号有一个公 共接地端。如果不能满足上述条件，则需要使用差分输入。差分输入方式下，每个 输入可以有不同的接地参考点；并且，由于消除了共模噪声的误差，差分输入的精 度较高。 输入范围是指a d c 能够量化处理的最大、最小输入电压值。d a q 卡提供了可 选择的输入范围，它与分辨率，增益等配合，以获得最佳的测量精度。 分辨率是模数转换所使用的数字位数。分辨率越高，输入信号的细分程度就越 高，能够识别的信号变化量就越小。 设计中对各模拟输入信号的采集，由n i 公司的p c i 6 0 1 4 d a q 卡完成。引脚图 如图3 8 所示： 2 0 8 条数字i o 线( 5 v t t l c m o s ) ； 2 路2 4 位的定时计数器； 数字触发； 4 组不同的模拟输入范围； 另外，p c i - 6 0 1 4 数据采集卡有1 0 0 g o 的输入阻抗，保证干扰电流不会影响流入的信号， 从而大大提高数据精确度。 2 、数字量输入 数字量数据采集系统采用n i 公司的p c i 6 5 2 7 ，其引脚图如下图3 9 所示。 d 0 2 5d 匹2 3 i ) o ：4d 1 2 ： d ：3d t ：l d 0 ：2e i ：o e o ：ld i i ； d 0 2 d l c o l ；d i i d o i sd i l 辱 d 0 1 一 d i l 5 1 5 爱d 1 1 4 d o l 5口d i l 3 d o l 4二d i l ： d 。1 3 乞c 旺l l i ：o d 1 1 0 r ) 1 1c 堰； c o l o 堰s c o ；d i dog堰 d 。一d 1 5 d 0 5d 1 4 d 3 5脚 d - 0 4d i ： 3 i l d i ：4d 1 0 “；d o l g ：a dd o ： 图3 9p c i 一6 5 2 7 引脚图 2 l 大口径热能表测摔系统的设计与研究 p c i 6 5 2 7 是应用在2 4 v d c 下基于p c i 的4 8 位并行隔离数字i o 板卡，它提供 了2 4 路光学隔离输入和2 4 路数字开关输出。使用p c i 6 5 2 7 ，可检测到2 8 v d c 的 数字电平，以及切换高达1 2 0 m a 的电流。用于满足3 路数字输入信号( 气动球阀) 和4 路数字输出信号( 驱动预报警电路) 的控制要求。 3 、数据采集卡的安装及参数配置 在使用采集卡之前，首先要进行采集卡的安装，将采集卡插入p c 机的p c i 插 槽由于是n i 公司的数据采集卡，因此不需要再编写采集卡的驱动程序，只需重新 启动计算机，放入采集卡的驱动光盘，按照提示就可以自动完成安装。安装完成后 对设备号、模拟输入极性、模拟输入模式、模拟输出极性等参数进行设置。另外， 选用c b 6 8 l p 转接板( 直接与外部信号连接) 和r 6 8 6 8 带状电缆等附件来连接数据采 集卡和嵌入式计算机系统。 在安装n i d a q 软件时，系统会自动安装一个名为m e a s u r e m e n t & a u t o m a t i o n e x p l o r e r 的软件，简称m a x ，该软件用于管理和配置硬件设备。用m a x 配置 p c i 一6 0 1 4 数据采集卡。设置d a q 设备在系统中的设备( d e v i c e ) 编号。设置模拟输入 ( a i ) 属性( 其属性值设为4 - 2 0 m a ) ，设置模拟输出( a o ) 属性，设置附件( a c c e s s o r y ) 在 c o n f i g u r i n gd e v i c e 对话框的a c c e s s o r y 页面中，将p o l a r i t y 属性值设为所选用的转 接板型号。设置过程控f l 卦 ( o p c ) ，将p o l a r i t y 属性值设为d i s a b l e d 。若属性配制成功， 数据采集卡正常工作，单击c o n f i g u r i n gd e v i c e 对话框s y s t e m 页面中的“t e s t r e s o u r c e s ”按钮，系统就会弹出个对话框，告知用户d a q 设备通过了测试。 同样，对p c i 6 5 2 7 也要进行安装和参数配置，只不过在参数配置过程中要设 置数字输入( d i ) 属性( 其属性值设为0 - 2 8 v d c ) ，设置数字输出( d o ) 属性，其余设置 同上。 d a q 的软硬件安装及配置之后，就可以进行d a q 编程。 3 1 5 信号调理电路的设计 对数据采集卡进行参数配置时，将模拟输入范围设为4 - 2 0 m a 。由上述传感器 选型部分知，压力、流量及位置传感器的输出范围均为4 - 2 0 m a ，与d a q 卡所设输 入范围一致。所以我们只需对温度传感器的输出信号进行调理即可。 在实际应用过程中，对p t l 0 0 0 铂电阻温度传感器的信号调理，经常会选用 a d a m 3 0 1 3 模块温度调理模块。其引脚图如图3 1 0 所示： 济南大学硕十学位论文 g n d b 竺 v m l d a t e 暑 v m 卜 d a t e 3 差g n d a 、鼬十d a t e i * - v sd _ a t e 2 * 图3 1 0 a d a m - 3 0 1 3 引脚图 a d a m 3 0 1 3 隔离热电阻输入模块的主要特点： 输入接线方式：2 线，3 线或4 线制； 输出范围：m 一5 v ，m 一1 0 v ，岫o m a ： 输出阻抗： ，仃一= m a x 子。) 。 ( 4 1 0 ) 实际运行过程中，仪表在运行环境或者工艺条件变化，方差变化区间也随之变 化。为适应不同的工艺条件，可以让经验丰富的仪表工程师对仪表诊断结果进行评 估，及时调整校正仪表正常标准差区间。 仪表状态判别函数可表示为： fs i = l ， 允 仃一， 波动偏大； & = 0 ，仃m i 。彦仃。瓤， 正常； ( 4 1 1 ) l 默= - 1 ，文 仃m i n 波动偏小； 其中：s 。为仪表在k 时刻的状态。 为了保证诊断结果的准确性，可以在判断k 时刻仪表状态后， 个采样时间内故障发生的概率尸。 fp p 椭 仪表正常； p l l l i n p p 一 仪表存在故障； 4 2 3 仪表故障诊断 再计算仪表在脚 ( 4