黃海波

摘 要：為提高稱重傳感器蠕變測(cè)試的檢測(cè)精度和生產(chǎn)效率，本文介紹了如何利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和載荷砝碼加載機(jī)改造傳統(tǒng)手工傳感器蠕變檢測(cè)方式，通過(guò)串口通信對(duì)多臺(tái)精密測(cè)試儀表數(shù)據(jù)采集及PLC控制自動(dòng)加載砝碼，研發(fā)出一套多通道，操作簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性強(qiáng)，實(shí)時(shí)傳輸能力快速的自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備，并已在本單位生產(chǎn)實(shí)際中得以應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：稱重傳感器；蠕變測(cè)試；串口通信

中圖分類號(hào)： TH715 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

蠕變是影響電阻應(yīng)變稱重傳感器的精確度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的重要因素， 蠕變測(cè)試是此類傳感器研究﹑開發(fā)﹑生產(chǎn)和驗(yàn)收過(guò)程中必不可少的一項(xiàng)工作。常規(guī)的測(cè)試方式是實(shí)驗(yàn)人員手工加載砝碼，然后按照一定的時(shí)間間隔依次讀取和記錄傳感器的輸出值， 然后再根據(jù)規(guī)定的計(jì)算公式求出相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，由于人工觀測(cè)及記錄數(shù)據(jù)很煩瑣，手工加載砝碼一致性比較差，若能將此項(xiàng)工作自動(dòng)化，不但可以彌補(bǔ)人工測(cè)量的不足，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性及工作效率，而且測(cè)試數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)，有助于計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)傳感器的蠕變特性的深入研究和了解。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

本文的蠕變測(cè)試系統(tǒng)由按鈕輸入模塊、條碼掃描模塊、儀表數(shù)據(jù)采集模塊、PLC輸出控制模塊、載荷砝碼加載機(jī)等組成，稱重傳感器按規(guī)定要求安裝在加載測(cè)試治具，傳感器通過(guò)電纜線與6000精密數(shù)字測(cè)量?jī)x的輸入端連接，然后各通道精密儀表的數(shù)據(jù)通過(guò)多串口卡實(shí)時(shí)傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。自動(dòng)加載砝碼部分則是由上位機(jī)通過(guò)RS485與PLC通信，PLC的I/O采集外部按鈕信號(hào)，輸出控制電磁閥驅(qū)動(dòng)氣缸實(shí)現(xiàn)載荷發(fā)生設(shè)備砝碼自動(dòng)加載及卸載。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 蠕變自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的原理

根據(jù)測(cè)試要求，在進(jìn)行蠕變實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先對(duì)被測(cè)傳感器施加3次預(yù)載荷， 觀察預(yù)加載后零點(diǎn)輸出變化，待傳感器零點(diǎn)輸出穩(wěn)定后盡快無(wú)沖擊地加載砝碼，然后讀出加載后的初始輸出值，而后在規(guī)定的測(cè)試時(shí)間按一定的時(shí)間間隔依次讀取加載和卸載輸出值。每次采樣后，可自動(dòng)在計(jì)算機(jī)屏幕顯示每個(gè)通道測(cè)量值及判斷蠕變等級(jí)。操作者只需將稱重傳感器裝安裝到放到載荷發(fā)生設(shè)備的工裝上，由計(jì)算機(jī)軟件對(duì)多通道的精密數(shù)字測(cè)量?jī)x采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分別處理，對(duì)稱重傳感器的蠕變、零點(diǎn)差和回零數(shù)據(jù)按設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)判斷自動(dòng)判斷蠕變等級(jí)分類放置，測(cè)試數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，為后期產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)和質(zhì)量追溯提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 蠕變測(cè)試載荷凈重加載機(jī)設(shè)計(jì)

該設(shè)備可用于批量化高精度稱重傳感器生產(chǎn)測(cè)試，在載荷發(fā)生設(shè)備的設(shè)計(jì)中主要考慮因素有：力值精確，自動(dòng)定位，加載穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低廉。為實(shí)現(xiàn)以上要求，針對(duì)性的設(shè)計(jì)制作這套砝碼自動(dòng)加載蠕變測(cè)試機(jī)：（1）該設(shè)備采用砝碼作為力源，確保了加載力值的準(zhǔn)確性和一致性；（2）使用氣缸作為執(zhí)行件，上吊掛與氣缸直接連接，下吊掛與砝碼連接，通過(guò)氣缸的上下運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬人工加載與卸載動(dòng)作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，成本低廉。（3）通過(guò)加載臺(tái)面和工裝的定位設(shè)計(jì)以及設(shè)氣缸垂直升降的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)確保了垂直加載點(diǎn)的一致性。（4）加載穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，為解決該問(wèn)題，首先通過(guò)節(jié)流閥調(diào)速控制氣缸下降速度緩慢平穩(wěn)，上升速度及時(shí)迅速。（5）在加載的系統(tǒng)中采用插銷式砝碼結(jié)構(gòu)，便于切換不同量程的載荷（10kg～100kg），使用方便。凈重式蠕變加載機(jī)如圖1所示。

3 智能化的軟件操控

本系統(tǒng)以Visual C# 2010作為軟件開發(fā)平臺(tái)，采用多線程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)8個(gè)通道數(shù)據(jù)并發(fā)處理，通過(guò)ADO.NET 連接后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)Microsoft SQL2008，根據(jù)蠕變測(cè)試方法的需要編制測(cè)試軟件，實(shí)現(xiàn)智能儀表數(shù)據(jù)采集和蠕變加載機(jī)的協(xié)調(diào)工作。人機(jī)界面豐富，操作簡(jiǎn)單，只需設(shè)定好產(chǎn)品的相關(guān)測(cè)試參數(shù)，點(diǎn)擊軟件開始或按鈕，之后可實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)化測(cè)試，測(cè)試流程固定，并可以根據(jù)產(chǎn)品測(cè)試需要調(diào)整測(cè)試時(shí)間及蠕變等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該軟件還具有以下功能：控制加載設(shè)備按設(shè)定時(shí)間對(duì)產(chǎn)品加載及卸載砝碼；自動(dòng)識(shí)別稱重傳感器加載、卸載起始時(shí)間；測(cè)試過(guò)程中自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)并計(jì)算、判斷蠕變等級(jí)，異常報(bào)警；測(cè)試結(jié)束后保存數(shù)據(jù)在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)方便查詢；查詢數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)功能。

4 串口通信及PLC控制技術(shù)

在本系統(tǒng)的開發(fā)中使用到PLC控制技術(shù)，在工業(yè)環(huán)境中具有非常高的可靠性和抗干擾性，通信周期所用時(shí)間也完全能滿足實(shí)時(shí)控制要求，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)同步控制凈重式蠕變加載機(jī)及采集輸入控制按鈕信號(hào)。凈重式蠕變加載機(jī)主要控制件是24V直流電磁閥，為了實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量?jī)x數(shù)字采集與設(shè)備加載部分的同步運(yùn)行，使用PLC對(duì)8臺(tái)凈重式蠕變加載機(jī)進(jìn)行時(shí)序控制，首先設(shè)定好通信參數(shù)（波特率，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗(yàn)等），然后在計(jì)算機(jī)上通過(guò)RS485與PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信控制，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與設(shè)備加載兩部分的同時(shí)運(yùn)行。MODBUS通信協(xié)議是采用主/從模式，也就是主站發(fā)通信命令給從站，從站收到之后再回應(yīng)主站，這一收一回才算完成一個(gè)完整的通信信息交換。MODBUS通信協(xié)議分為ASCII和RTU兩種傳輸模式，數(shù)據(jù)校驗(yàn)也有相對(duì)應(yīng)的LRC及CRC校驗(yàn)方式。上位機(jī)對(duì)多臺(tái)儀表的數(shù)據(jù)采集則通過(guò)多串口卡RS232通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

結(jié)語(yǔ)

該蠕變測(cè)試系統(tǒng)方案很大的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)蠕變測(cè)試機(jī)并行工作，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意把各臺(tái)蠕變凈重加載實(shí)驗(yàn)機(jī)安裝在不同的工作平臺(tái)相互隔離，避免多通道蠕變實(shí)驗(yàn)機(jī)工作時(shí)相互干擾，確保被測(cè)傳感器凈重載荷的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)電阻應(yīng)變稱重傳感器蠕變特性測(cè)試的自動(dòng)化，具有計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，采樣數(shù)據(jù)處理迅速，測(cè)試數(shù)據(jù)保存后方便查詢、統(tǒng)計(jì)和分析，極大的減輕測(cè)試者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于批量生產(chǎn)的蠕變特性測(cè)試很具有實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

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