摘要：以微机及PLC等为硬件，利用现代组态软件为软件操作环境，设计了压力表自动检定系统.系统根据国家相关规程的要求，由微机控制造压和升压，检定人员通过微机随意设定压力检测点及各种参数值，系统通过PLC收集压力表及标准压力表的示值，同时可以检定多块压力表.微机自动计算示值误差、回程误差和轻敲位移等，与预存的一览表数据进行比较，自动判断压力表是否合格，可以打印检定证书.系统实现了压力表全程检定自动化.
关键词：PLC;压力表检定;造压
0 引言
压力仪表应用广泛,检定工作量大,和其他仪表比，检定手段要落后很多.因此迫切需要一种系统，实现压力表的自动检定，自动造压、自动记录、自动处理数据及自动打印等[1].
压力表可分为精密压力表、一般压力表.前者的检测精度等级分别为0.1、0.16、0.25、0.4、0.05级；后者的测量精度等级分别为1.0、1.6、2.5、4. 0级.通常压力表的检定周期为半年左右，测量的上限小于等于0.25 MPa的压力表,介质为洁净空气或者无毒无害且化学性质稳定的气体.测量下限不大于(0.25～250)MPa的压力表,介质为无腐蚀性液体.
本文设计的系统依据我国压力表标准与检定规程要求,结合国家标准:《弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表检定规程》JJG52—2013设计而成，弹簧管式精密压力表和真空表、弹簧管式一般压力表和压力真空表均可以用该系统检定，确保压力表的准确度、灵敏度和稳定度；保证压力表处于良好的状态[2-3].
1 主要功能
1)微机采集检定系统的压力值以及动态工作情况.
2)自动精确造压(升压和降压)到检定点，无需人工打压或微调.
3)自动收集数据、计算示值误差、回程变差及轻敲位移.
4)与检定规程允许的误差计算一览表比较，判断压力表合格与否、打印检定报告，不需手工采样，自动填写检定数据表，打印检定证书.
5)自动处理检定数据，存储所有的检定记录，可随时查询或输出.
2 压力表检定要求
检定时系统工作介质为液体，所有压力表的受压点应基本要在同一水平面上.检定开始，按照数字分度线，开始平稳地升压来检定压力表的示值，达到检测上限后，断压，耐压3 min，然后倒序按原检定点平稳地降压.
在升压时，所有检定点的示值误差，即被检压力表示值和标准压力表值之差，轻敲表壳前、后要符合表1.
在倒序降压时，所有检定点的回程误差，被检压力表示值和标准压力表值之差，在轻敲表壳后，不超过表1允许的误差绝对值.
在升压和降压时，每一个检定点上的轻敲位移，即轻敲表壳后与轻敲表壳前，两个示值之差，不大于规定允许误差绝对值的一半.
表1 压力表准确度和允许误差及其关系表
注：使用中的1.5级压力表允许误差按1.6级计算，准确度等级可不更改.
3 系统设计
3.1 系统硬件结构图
检定系统硬件示意如图1所示.由传动齿轮装置、活塞泵、步进电机A和B、油杯、标准压力表、夹表机构、电机驱动器、计算机控制系统，以及多个手动阀和电磁阀等部分组成.
系统采用两台步进电机带动两台活塞压力泵造压，目的是提高造压速度，以适应多台表同时检定或某些要求用油量较大的场合.系统在被检表与标准表油路间加装电磁阀，油路的切换采用电磁阀控制.
工作时，通过PLC给出电机驱动信号，一台电机A驱动一个活塞泵进行加压，给油杯注油，此时处于选压阶段.另一台电机B带动另一个活塞泵处于处理造压准备阶段(从油杯吸油).多块压力表可同时检定，微机系统通过PLC控制系统交替造压.交替换泵时，系统会切断被检表油路与造压油路间的联系，待换泵完成，且造压油路重新恢复换泵前压力时，再将电磁阀打开，这样可消除换泵过程中可能产生的系统压力波动.
图1 硬件结构图
因为传统的PID调节法具有造压速度与超调之间的矛盾，为了既能快速造压，又消除较大过冲，系统采用智能控制算法.在造压的前段，电机以较高速度转动.当压力接近稳态值时，电机减慢转速.当压力在稳态态时，电机采用步进(转角)控制，保证了静态压力高精度性及快速性，同时不会有明显过冲产生.
3.2 步进电机及PLC电气连接
步进电机选用三相混合式BSHB386.采用交流伺服控制原理,三相正玄电流驱动.步进电机每转移动距离5 mm.1 mm=100道.这样主轴电机每转一圈即线圈每绕一圈，步进驱动器接收一个脉冲，步进电机走一步为1道.
步进电机驱动器为Q3HB64MA等角度恒力矩细分型，驱动电压DC12～40 V，电流在5.8 A以下，外径42～86 mm的各种型号的三相混合式步进电机.该驱动器内部采用类似伺服控制原理的电路，此电路可以使电机低速运行平稳，几乎没有震动和噪音，电机在高速时力矩大大高于二相和五相混合式步进电机.定位精度最高可达60 000脉冲/转.广泛应用于医疗机械、机器人、仪器仪表、雕刻机、激光打标机、激光内雕机等分辨率较高的小型数控设备上.设有16档等角度恒力矩细分，最高分辨率60 000脉冲/转,采用独特的控制电路,最高反应频率可达200 kpps.步进脉冲停止超过100 ms时，线圈电流自动减半双极恒流斩波方[3].
Q3HB64MA引脚外型图如图2所示，PU：步进脉冲信号输入端;DR：方向信号控制端;MF：电机使能信号端(高电平使能);SM：细分选择信号端(高电平按D0～D3设定细分运行).工作时设置为500个脉冲/转.输入信号为5 V，当高于5 V时需要接限流电阻，下降沿有效，每当脉冲由高变低时电机走一步.
图2 PLC与步进电机驱动器接线图
PLC选用经济型产品，欧母龙CP1H-XA40DR-A，PLC电气图如图2所示.技术参数为：工作电压：220 V(AC)；IO点：40点，其中24点输入，16点输出，输出格式为：继电器输出或晶体管输出，内置模拟量4CH输入和2CH输出功能.电压输入信号：1～5 V(DC)；分辨率：6 000或12 000，切换由PLC系统设定来进行，附带1个USB编程端口和2个串行口通信功能[4]．
4 系统软件设计
4.1 上位机软件设计
组态王Kingview6.55是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势研发的运行在Windows系统之上的应用软件，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库(KingHistorian)的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果[5-6].
4.1.1 通讯参数及设备设置
1)通讯参数设置.
波特率设置：14 400；数据位：8；奇偶效验：无；停止位：1位,2；通信超时：5 000 ms；通信方式：RS232方式.
2)设备配置.
设备：Omron Hostlink；设备逻辑：PLC；设备地址：1；通信方式：串口(COM1或COM2).
4.1.2 变量设置
组态王中的变量设置见表2所示.
表2 组态王的变量与可编程控制器寄存器对应关系
4.1.3 主控制界面设计
主控界面如图3所示.主要有检定控制开关，阀1～阀6控制、检定参数设置、控制流程等.
图3 检定装置检定界面图
4.1.4 软件设计
检定人员确定检定点数，系统开始工作打开相应电磁阀，采集标准压力值，比较达到设定值后，关闭电磁阀，系统，开始计算误差，依次处理完每个检定点的基本误差、回程误差、轻敲位移，处理完所有数据，系统可以对检定结果进行数据处理，最后可以打印证书.
软件流程如图4所示.
图4 软件流程图
4.2 检定记录表设计
根据检定规程要求进行设计.保证检定数据能正确填到记录表中.完成检定任务.具体结果如图5所示.
图5 检定记录表填写结果图
4.3 检定证书设计
检定证书设计如图6.
图6 检定装置检定证书界面图
5 结语
压力表自动检定系统，采用先进的计算机组态软件技术及PLC技术，解决了压力表示值的自动检定问题，使压力表的检定工作实现了全过程的自动化，减少了工作量，有效的避免人为干扰码差，大大提高了检定效率和检定准确率，性能指标完全达到相关操作规程要求，整个系统由计算机控制自动造压、自动数据采集处理、存储和文档合理以及自动生成检定证书，具有一定的推广应用价值.
