工业检测装置的安装与调试.docx
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工业检测装置的安装与调试
实训（习）报告
课程名称：
工业检测装置的安装与调试
专业：
测控技术与仪器班级：
073052
学号：
37姓名：
张阔
指导教师：
王保华成绩：
完成日期：
2010年1月13日
任务书
实训（习）题目：
工业检测装置的安装与调试
实训（习）目的：
了解1711数据采集卡的工作原理。
了解低压电器安全操作规程。
掌握电路原理图分析方法，能按电路图连接检测电路。
掌握电流输出信号与电压输出型传感器的线路与调试方法。
掌握研华数据管理器界面的操作方法。
实训（习）内容：
将温度、压力和液位传感器连接到检测系统并调试系统。
实训（习）要求：
正确操作与接线，说明典型操作的原理，写出主要操作过程遇到的具体问题，说明解决的方法。
总结实训过程中学习与技能有哪些提高，有何帮助。
写出具有文字叙述和图形说明的报告。
摘要
传感器在工业上应用及其广泛，种类也很多，本次实训涉及的压力传感器，液位传感器，温度传感器都是最常见的传感器，传感器与虚拟仪器的连接使传感器的使用更加方便。
传感器的种类不同，所实现的功能也各不相同，不同的用途配置何种传感器就可确定虚拟仪器所测量的量代表的实际意义。
众多传感器的引入，增加了虚拟仪器测控的内容。
虚拟仪器利用了Kingview组态王进行编程设计，虚拟仪器许多课程知识相关联，如我们以前学的电子技术、总线技术、传感器与检测技术、软件工程等课程。
我们现在很难找出那种孤立突显的技术，每一项新技术的存在都是靠其他相关技术的支持，方能得以发展。
所以，我们在接受每一项新技术，不但要学习技术的细节，更要对其全新的概念、方法等知识有所理解和一定程度的掌握。
关键词：
Kingview，传感器，虚拟仪器
目录
1系统总体设计1
1.1PCI-1711数据采集卡2
1.2采集卡的库函数及其应用2
1.3采集卡应用中的注意事项3
2硬件电路设计4
2.1电路中主要元件的技术参数5
2.2电路的原理分析6
2.2.1板卡的选择6
2.2.2变送器的选择7
3系统组装与调试8
3.1系统的组装与检测8
3.2系统的调试8
3.2.1压力信号源的操作8
3.2.2液位信号源的操作9
3.2.3温度信号源的操作9
3.2.4研华软件数据记录9
3.3遇到的问题及解决办法10
4测试结果11
4.1压力信号测量结果11
4.2液位信号测量结果11
4.3温度信号测量结果12
总结14
1系统总体设计
仪器或仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。
广义来说，仪器仪表也可具有自动测控、报警、信号传递和数据处理等功能，例如由传感器、数据采集设备与计算机等装置组成的测控系统均属于仪器。
此次实训用到了虚拟仪器，一套虚拟仪器系统就是一台工业标准计算机或工作站配上功能强大的软件（包括操作系统、驱动软件和应用软件）、低成本的硬件（例如插入式板卡），他们在一起实现传统仪器的功能。
以软件为主的测量系统充分利用了常用台式计算机和工作平台的计算、显示、存储能力、网络通信等标准资源，来提高其工作效率，拓展使用功能。
相同硬件配置的虚拟仪器，可通过安装运行不同的软件，来实现特定的功能。
所谓“虚拟”仪器就是由特定的软件在通用标准计算机设备上“虚拟”运行，完成具体的功能。
通过不同的软件就可以实现功能完全不同的各种测量测试仪器，即软件系统是虚拟仪器的核心，软件可以定义为各种仪器，因此可以说“软件即仪器”。
虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性转变。
有了虚拟仪器，用户就可以完全根据自己的需求组建测量和自动化系统，而不用再受功能固定（完全由厂家提供）的传统仪器的限制。
虚拟仪器的发展取决于三个重要因素。
①计算机是载体,②软件是核心③高质量的A/D采集卡及调理放大器是关键。
这次实训中所调试的测控系统被测控对象的信号源为密闭装置中水的压力、量筒中水的液位、加热器的温度。
接收对相信号源信号的传感器分别为压力传感器、液位传感器、温度传感器。
执行器是由固态继电器和交流接触器组成的功能单元，或控制电机和电加热装置的运行。
计算机、显示器为工业通用设备。
报警器和打印机为可选设备。
系统的总体设计方案如下图1.1。
图1.1
在数据采集和处理过程中，有些模拟信号的幅值和频率变化的速度是非常快的，如何将这些高速变化的模拟信号采集到计算机里进行处理便是一个需要解决的实际问题。
由于数字数据传输速率等系统瓶颈的影响，使用常规的技术方法往往不能理想地解决上述实际问题。
以PCI总线为代表的高性能局部总线的推出，为计算机的模拟输入通道采样频率的大幅度提高提供了坚实的技术基础。
1.1PCI-1711数据采集卡
本系统中利用了1711数据采集卡。
PCI-1711是12位的低损耗多功能采集卡卡，具有独特的电路设计和完善的数据采集与控制功能，支持即插即用，具有FIFO的高速缓存，可灵活设定输入类型和范围，具有16通道单端模/数输入、16通道数字I/O和2通道数模输出，采集速率可达100kHz，可编程的计数/计时器可作为A/D转换的速度触发，同时具有通道自动搜索功能。
内部结构主要有单端模拟输入通道、模拟输出通道和触发源连接三部分。
1.2采集卡的库函数及其应用
厂家为用户提供了PCI-1711采集卡的库函数和不同语言的例程，使用户具有良好的Windows开发环境。
厂家主要为可编程的DAS卡提供DDL、ActiveDAQ和Qgenidaq等驱动文件，同时还提供了在VisualBasic、VisualC++、C++Builder和Delphi等开发环境下的例程，这些都方便了用户根据自己的实际情况完成数据采集的编程工作。
在VisualC++开发环境下，其原文件要包含库函数“driver.h”。
结合VisualC++软件开发环境，PCI-1711采集卡的软件编程需要以下几个步骤。
（1）采集卡的注册。
可以放在.cpp文件的开始位置，或者直接包含注册的库函数。
（2）采集卡的配置。
在配置文件里，可以设置通道号和通道增益模式。
（3）采集卡的数据采集。
这里要根据设置的通道号和采集模式来采集数据，同时选择触发模式和电压补偿。
触发模式中，0为内触发模式，1为外触发模式。
（4）数据处理。
用户可根据自己的需要将采集来的电压值进行处理，同时可在VisualC++的环境下，将采集处理后的数据通过友好的人机界面显示出来。
（5）释放采集卡。
在VisualC++开发环境下，可用库函数提供的DRV_DeviceClose（）函数将采集卡关闭。
1.3采集卡应用中的注意事项
PCI-1711采集卡的信号线要尽可能远离电源线、发电机和具有电磁干扰的场所，也要远离视频监视系统，因为它会对数据采集系统产生很大的影响。
在现场试验中，如果信号线和电源线必须并行（比如在同一个电缆沟里），则两者之间必须保持适当的安全距离，同时最好用屏蔽电缆，以确保信号安全准确地传输。
采集卡的每个通道的模拟量采集都有一个输入电压范围，超过了这一范围会造成采集卡A/D转换部分的烧毁，所以在采集模拟信号时，要保证被采集的信号在设定的量程范围内。
2硬件电路设计
本系统利用各种传感器测试压力，液位，温度。
各传感器将对相的非电量信号转换成电压信号。
标准输入输出接口是一个多功能采集卡上有多路模拟输入信号通道、16位二进制数字输入与输出端口。
卡上的模拟输入通道接收来自传感器输出的电压信号，还可以切换开关，接收精密电位器输出的0~5VDC电压信号。
16位二进制数字输入端口接收电控柜操作面板上按钮动作信号，按钮按下低电平有效。
数字输入端口也可接收开关量传感器信号。
16位二进制数字输出端输出高电平有效，驱动下一级电路。
系统的电路原理图如下图2.1。
图2.1
2.1电路中主要元件的技术参数
（1）手动试压泵
输出压力：
0~4Mpa；接口管径：
M20。
（2）加热器
电压：
220VAC；功率：
100W；控制输出功率：
60W。
（3）液位量筒
筒高：
1000mm；内径：
110mm。
（4）压力传感器
量程：
0~2.5MPa；输出信号：
4~28VDC；供电电压：
24VDC。
（5）液位传感器
量程：
0~6000mm输出信号：
4~28VDC；供电电压：
24VDC。
（6）温度传感器
量程：
0~300℃；输出信号：
4~28VDC；供电电压：
24VDC。
（7）数据采集卡
型号：
PCI-1711；模拟量输入通道数：
0~7；数字量输入通道数：
0~15；数字量输出通道数：
0~15；
2.2电路的原理分析
2.2.1板卡的选择
对于采用工业控制计算机的测控系统，输入和输出通道硬件设计非常简单，只需根据测控要求选择合适的输入／输出板卡，这包括数字量I／0（即DI／DO）板卡、模拟量I／0（即AI／AO）板卡、实时时钟板、步进电机控制板、可控硅控制板等。
AI／AO板卡包括A／D、D／A板及信号调理电路等。
AI板卡输入可能是O～±5V、1～5V、O～10mA、4～20mA以及热电偶、热电阻和各种变送器的信号。
AO板卡输出可能是O～5V、1～5V、O～10mA、4～20mA．等信号。
选择AI／AO模卡应根据AI／AO路数、分辨率、转换速度、量程范围等。
对与模拟量输入板卡，一般都有单端输入与双端输入两种选择，以采用双端输入为好，以提高抗干扰能力。
对模拟输入通道的设计应满足两个要求：
（1）能满足生产工艺需要的转换精度，这主要体现在A／D转换器的位数和精度上；
（2）要有较强的抗干扰能力。
PCI总线I／O接口板卡多种多样，通常可以分为TTL电平的开入开出和带光电隔离的开入开出。
通常和工业控制机共地装置的接口可以采用TTL电平，而其他装置与工业控制机之间则采用光电隔离。
对于大容量的开入开出系统，往往选用大容量的TTL电子板卡，而将光电隔离及驱动功能安排在工业控制机总线之外的非总线板卡上。
在采用工业控制计算机的测控系统中，输入／输出板卡可根据需要组合，不管哪种类型的系统，其板卡的选择与组合均由生产过程的输入参数和输出控制通道的种类和数量来确定。
2.2.2变送器的选择
计算机测控系统要实现自动控制，首先要实现过程数据的自动检测，这个任务是由检测仪表来完成的，因此系统设计者必须根据现场的具体要求、工艺过程信号的检测原理、安装环境等诸多因素选择合适的检测仪表。
传感器和变送器均属于检测仪表。
传感器是将被测的物理量（如温度、压力、流量、电压、电流、功率、频率等）转换为电量的装置；变送器是将被测的物理量或传感器输出的微弱电量转换为可以远距离传送标准的电信号（一般为4～20mA或1～5V等），其输出信号被送至计算机进行处理，实现数据采集。
变送器的输出信号与被测变量有一定连续关系，反映了被测变量。
DDZ-III型变送器输出的是4～20mA信号，供电电源为24V（DC）且采用二线制，DDZ-III型比DDZ—II型变送器性能好，使用方便。
DDZ-S系列变送器是在总结DDZ—II型和DDZ-III型变送器的基础上，吸收了国外同类变送器的先进技术，采用模拟技术与数字技术相结合，从而开发出的新一代变送器。
近年来，出现了以微处理器为基础的智能型变送器，以及现场总线仪表的推广使用，为设计者的选择提供更大的空间。
对于交流电气量的采集，如交流电压、交流电流、有功功率、无功功率、频率等，目前更多地采取交流采样法，这种方法不需要电量变送器，而是根据采集的交流量，在计算机中利用程序算法计算得到所需的电气变量和参数。
系统设计人员可根据被测参数的种类、量程、被测对象的介质类型和环境来选择变送器的具体型号。
此次实训用到的变送器有温度变送器、压力变送器、液位变送器。
3系统组装与调试
在组装与连接电路之前，应该了解低压电器操作规程，在组装和调试电路时，应严格按照低压电器操作规程进行操作，否则可能发生危险，也有可能损害电路元件，造成不必要的损失。
3.1系统的组装与检测
将压力变送器，液位变送器，温度变送器分别接在24v直流电源上，并分别将三个变送器的负极引线接分别在芯片PCL8710的AI0，AI1，AI2的端子上。
在AI0与AIGND，AI1与AIGND，AI2与AIGND之间分别连接一个250欧电阻。
电路组装的接法如下图3.1。
图3.1
连接电路后为确保连接的正确性与安全性，应对电路进行检测，将万用表的调至欧姆档，用量表笔分别测试PCL8710，各个变送器和电源的各个端子，若示值为零，在说明已经短路或已由导线连接，若示值很大，则说明断路或已连接了除电阻以外的原件。
利用此原理可检测电路是否连接正常。
3.2系统的调试
3.2.1压力信号源的操作
压力信号源就是一台由水充当压力介子的手动试压泵。
增压操作前，顺时针方向关闭泵体外的阀门，沿垂直方向扳动扛杆，上下往复运动，试压泵水箱内的水由吸水管流经吸水阀不断充水，压力逐步上升，察看泵体外压力表的示值，达到所需的压力时，停止增压操作。
释放压力时，逆时针释放泵体外侧的阀门，使压力腔内的水流回水箱，压力表示值下降为零。
注意：
操作前，必须使各接头连接处密封，不能泄漏。
否则，不能进行升压操作。
3.2.2液位信号源的操作
由盛水的液位量筒和垂直方向升降的液位传感头组成。
手持传感头电缆，将传感头放入液位量筒里的水中，沿垂直方向上下拉动电缆，就会使传感头距水面深度发生变化。
操作时尽量减小抖动，减小传感头的晃动，以方便测量稳定、准确的数据。
注意：
提升和落下液位传感头要轻拿轻放，以免量筒底破裂。
3.2.3温度信号源的操作
（1）升温操作
按下电控箱门上的绿色“起动”按钮，温控箱里的加热管开始升温，检测系统进入升温测量状态，这时温度表的示值逐渐增加。
如果升温过快,可按向上扳动电热箱左下侧的风扇拨动开关，起动风扇，放缓升温速度，以便观察纪录数据。
（2）降温测量
按下电控箱门上的红色“停止”按钮，温控箱里的加热管停止加热，向上扳动电热箱左下侧的风扇拨动开关,加热管开始降温，检测系统进入反行程测量状态，这时温度表的示值逐渐减小。
如果降温过快,可向下扳动电热箱左下侧开关，关断风扇,放缓降温速度，以便观察纪录数据。
3.2.4研华软件数据记录
数据的采集利用了PCI—1711数据采集卡，测量结果用研华数据采集软件显示，显示方式见图3.2，图中第一排数据是压力变送器的数据输出结果，第二排数据是液位变送器的数据输出结果，第三排数据是温度变送器的数据输出结果。
图3.2
3.3遇到的问题及解决办法
在组装过程中经常会遇到将多条引线接在一个很小的端子上的情况，这时很难将多条线一起塞进很细的端子的接口，即使接上后也很容易被碰掉，也很可能与接口之外的其它端子或者引线发生短路。
解决的方法是在端子上接一条导线，再将其它要与端子连接的引线与这条导线的另一端相接，然后用胶布缠实，以免通电后发生漏电。
4测试结果
4.1压力信号测量结果
用手压手动试压泵的杆时，随着的表盘压强P的变化，电压U1也随之变化，其数据记录在下表4.1中。
压强P（MP）
电压U1（V）
1/7
1.11
2/7
1.22
3/7
1.34
4/7
1.44
5/7
1.55
6/7
1.72
1
1.82
4
4.72
表4.1
通过观察表内的数据可得到P与U1存在的关系，就是压强每增大1/7MP，电压就大约增大0.11V，其函数关系式可归结为式4.1
（式4.1）
4.2液位信号测量结果
用手提高或降低传感头时，随着传感头在所在的水中的高度H的变化，电压U2也随之变化，其数据记录在下表4.2中。
深度H（mm）
电压U2（V）
900
3.42
800
3.15
700
3.02
600
2.67
500
2.38
400
2.10
300
1.85
200
1.65
100
1.25
表4.2
通过观察表内的数据可得到H与U2存在的关系，就是高度每增大100
mm，电压就大约减小0.3V，其函数关系式可归结为式4.2
（式4.2）
4.3温度信号测量结果
启动电控箱后，随着电控箱表盘温度示数T的变化，电控箱输出电压U3也随之变化，其数据记录在下表4.3中。
高度T（℃）
电压U3（V）
60
1.73
65
1.82
70
1.87
75
1.95
80
2.03
85
2.12
90
2.19
95
2.27
100
2.35
表4.3
通过观察表内的数据可以绘制出T与U3的关系曲线，曲线如下
实验所用的传感器的实际规格的函数为
其曲线为
两曲线比较可知，实际输出的曲线与理想曲线有些差异，产生误差的原因与
器件连接和器件本身的局部因素都有关，所以在操作时应尽量减少人为的的误差，例如操作的失误等。
总结
通过这次电子检测实训设计，我不仅加深了对传感器的了解，将学会将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。
创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。
在设计过程中，我们花费了大量的时间和精力，更重要的是，我们在学会创新的基础上，同时还懂得合作精神的重要性，学会了与他人合作。
通过实训设计可以说是获益匪浅的。
通过查阅了很多虚拟仪器和传感器的资料，了解了许多电子测量的思想，扩展了自己的视野，不再仅仅局限于书本中几条简短的电路，而且更重要的是设计电路和连接电路的态度：
仔细谨慎，精益求精。
在系统加电调试中，针对一些问题，熟练掌握了根据原理分步测试，将错误之处缩小的最小范围内。
这次的实训实现了理论和实践相结合，从中更懂得理论的是实践的基础，实践有能检验理论的正确性，对我以后参加工作或者继续学习将会产生巨大的帮助和影响。
知识上的收获非常重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次实训设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
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