全数字远程电动执行机构自动化测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种全数字远程电动执行机构自动化测试系统，其包括Foundation Fieldbus现场总线、用于提供电源的总线电源以及与所述Foundation Fieldbus现场总线配合的总线控制器，所述总线电源、安全栅、总线控制器与Foundation Fieldbus现场总线连接，总线控制器与上位机连接，Foundation Fieldbus现场总线上还挂接有用于对Foundation Fieldbus现场总线型电动执行机构测试的总线接口。本发明结构紧凑，能实现对电动执行机构的远程测试，自动化程度高，提高测试的效率，安全可靠。
【专利说明】
全数字远程电动执行机构自动化测试系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种测试系统，尤其是一种全数字远程电动执行机构自动化测试系统，属于自动化测试的技术领域。
【背景技术】
[0002]电动执行机构作为流体过程控制领域使用的电力驱动设备，由于其使用交流电机控制技术，和远程信号自动控制技术，广泛应用于石油、化工、电站、污水处理等行业。
[0003]当前国内阀门电动装置大量采用传统模拟控制方式，即以远程4一20mA电流环或者1-5V电压信号作为远程控制信号，常规DCS控制系统通过输出4 一 20mA电流环控制电动执行机构的动作，并实时采集与阀门电动装置相连的阀门开度物理位置输出，来实现远程中控室对阀门的控制。由于模拟信号本身的物理特性，其在远程传输过程中存在损耗，以及现场控制线缆繁多，铺设繁杂，系统不能在线诊断等不足之处。此外，现有以4-20mA电流信号作为远程控制信号的方式，仅能实现单一变量的传输，故而多个信号变量的传输需要多对线缆。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种全数字远程电动执行机构自动化测试系统，其结构紧凑，能简单直接地实现对Foundat1n Fieldbus总线型电动执行机构的远程测试，自动化程度高，提高测试的效率，安全可靠。
[0005]按照本发明提供的技术方案，所述全数字远程电动执行机构自动化测试系统，包括Foundat1n Fieldbus现场总线、用于提供电源的总线电源以及与所述Foundat1nFie Idbus现场总线配合的总线控制器，所述总线电源、安全栅、总线控制器与Foundat 1nFieldbus现场总线连接，总线控制器与上位机连接，Foundat1n Fieldbus现场总线上还设置用于对Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构测试的总线接口 ；
所述上位机采用OPC方式与总线控制器实现通讯配合，上位机、总线控制器采用设备描述方式对待测试的Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构描述；上位机加载Foundat1n Fi el dbus现场总线型电动执行机构对应的DD文件，并通过总线控制器向对应的Foundat1n FieIdbus现场总线型电动执行机构传输测试指令，以对Foundat1nFieIdbus现场总线型电动执行机构进行对应的测试，Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构的测试状态信息通过Foundat1n Fieldbus现场总线、总线控制器传输至上位机，上位机接收、显示并存储对应的测试状态信息。
[0006]所述Foundat1n Fieldbus现场总线网络米用双绞电缆与Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构连接，上位机通过网线与总线控制器连接，且总线控制器内的网卡IP地址和上位机内的网卡IP地址位于同一网段。
[0007]所述Foundat1n Fieldbus现场总线上的两端设有用于回路信号匹配以及防止信号反射的终端器。
[0008]本发明的优点:通过上位机与总线控制器连接，总线控制器通过Foundat1nFiIedbus现场总线与Foundat1n FiIedbus现场总线型电动执行机构、终端器以及总线电源连接配合，Foundat1n Fieldbus现场总线采用销装屏蔽双绞线，从而将分布在现场不同位置的多台电动执行机构等接入Foundat1n Fieldbus总线网络，实现上位机与电动执行机构等的远程数据传输与信息交换，所有参数信息的传递，只需要一对线缆，即可实现对所有参数信息的传递，从而能实现对电动执行机构的远程测试，结构紧凑，自动化程度高，提高测试的效率，安全可靠。
【附图说明】
[0009]图1为本发明的结构框图。
[00?0]图2为本发明通过上位机设置Foundat1n Fieldbus总线电动执行机构的内部功能块工作模式示意图。
[0011 ]图3为本发明通过上位机进行具体测试操作界面的示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0013]如图1所示:为了能实现对电动执行机构的远程测试，提高测试的自动化程度以及测试的效率，本发明包括Foundat1n FieIdbus现场总线、用于提供电源的总线电源以及与所述Foundat1n Fieldbus现场总线配合的总线控制器，所述总线电源、安全栅、总线控制器与Foundat 1n Fi e I dbus现场总线连接，总线控制器与上位机连接，Foundat 1nFieldbus现场总线上还设置用于对Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构测试的总线接口；
所述上位机采用OPC方式与总线控制器实现通讯配合，上位机、总线控制器采用设备描述方式对待测试的Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构描述；上位机加载Foundat1n Fi el dbus现场总线型电动执行机构对应的DD文件，并通过总线控制器向对应的Foundat1n FieIdbus现场总线型电动执行机构传输测试指令，以对Foundat1nFieIdbus现场总线型电动执行机构进行对应的测试，Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构的测试状态信息通过Foundat1n Fieldbus现场总线、总线控制器传输至上位机，上位机接收、显示并存储对应的测试状态信息。
[0014]具体地，总线控制器、Foundat1n Fi e I dbus现场总线间构成Foundat i onFieldbus总线网络;其中，总线控制器用于处理Foundat1n Fieldbus现场总线协议的所有报文信息，以及调度Foundat1n Fieldbus总线网络;其作为整个测试系统的核心。作为国际现场总线基金会组织开发颁布的标准，适用于过程自动化的低速部分(Foundat1nFieldbus HI)基于IS0/0SI参考模型发展演变而来，目前，Hl低速总线发展为FF-Hl和FF-H2，传输速率典型值为31.25kbit/s，IMbit/s和2.5Mbit/s；FF Hl作为工厂的底层网络，相对一般广域网、局域网而言，它是低速网段。其由单一总线段或多总线段构成，也可以由网桥把不同传输速率、不同传输介质的总线段互联而构成。
[0015]FF-Hl围绕工业生产现场的通信系统和分布式的网络自动化系统两个方面形成了它的技术特色，技术上综合了通信技术和网络自动化技术，其主要技术包括通信技术、功能块技术、设备描述技术、系统集成技术以及系统测试技术;其主要特点包括支持总线供电、支持本质安全、令牌总线访问机制内容广泛的应用层。
[0016]FF-Hl除了实现现场总线的数字通信外，还具有如下适用于过程自动化的特点，包括I)、支持总线供电，总线供电方式是总线上既要传输数字信号，又要由总线为现场设备提供电能。FF-Hl规范中规定，携带协议信息的数字信号以31.25kHz的频率，0.75-1V的峰值电压被调制到9-32V的直流供电电压上;2)、支持本质安全。FF-Hl的现场设备按照设备是否为总线供电，是否可用于易燃、易爆环境以及功耗类别而区分的。本质防爆要求，应用于易燃、易爆场合的设备，除了应保证能完成测量、控制、通信等正常工作外，还应在任何情况下(如短路、断路、故障等)，不至于产生火花和引发燃烧、爆炸等重大事故;3)、令牌总线访问机制。FF-Hl采用令牌传递的总线控制方式。FF-Hl中令牌传递由链路活动调度器(LAS)进行控制，FF-Hl的通信活动分为调度通信和非调度通信。这种基于LAS的链路活动调度，确保了控制系统中信息传输的及时性;4)、内容广泛的应用层。FF-Hl在应用层上增加了一个内容广泛的用户层，它由两个重要的部分组成，即功能块和设备描述语言，从而使设备与系统的集成以及互操作更加易于实现。
[0017]本发明实施例中，Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构是指满足与Foundat1n Fieldbus现场总线网络的电动执行机构，即能满足Foundat1n Fieldbus现场总线间信号传输的电动执行机构，具体的结构形式为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。Foundat1n Fieldbus现场总线上通过总线接线盒提供与Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构连接的总线接口。
[0018]在具体实施时，为了能够对Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构进行有效测试，还包括与Foundat1n Fieldbus总线型电动执行机构匹配的电动执行机构负载加载台，电动执行机构负载加载台能给对应待测试的电动执行机构模拟施加负载，用于标定电动执行机构的力矩传感器以及监测电动执行机构运行是的实时力矩。Foundat 1nFieldbus现场总线型电动执行机构通过转接法兰固定安装在该负载加载台上，电动执行机构负载加载台采用改变液压栗出口压力的方式，来调节电机加载扭矩值，该负载加载台可手动调节负载，负载可以从空载到负载连续可调。Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构为用于驱动阀门，电动执行机构负载加载台用于模拟阀门管道工作状态，本发明实施例中，Foundat1n FieIdbus现场总线型电动执行机构对应的电动执行机构主要用于驱动阀门的开关状态。Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构与电动执行机构负载加载台之间的配合为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0019]本发明实施例中，通过总线电源模块为总线网络提供调制电源，该总线即为现场设备提供电能，又同时传输带协议的数字信号。由于防止信号的反射，在Foundat1nFieldbus现场总线的两端匹配有终端器，从而构建了基本的Foundat1n Fieldbus总线物理网络。
[0020]本发明实施例中，由于总线控制器和上位机都各有一个支持标准TCP/IP协议的以太网接口，总线控制器与上位机通过标准网线相连，设置总线控制器内部的IP地址和上位机的IP地址位于同一网段，即可实现在上位机侧对总线控制器的操作。该上位机与总线控制器之间遵循TCP/IP协议，按照应用层、传输层、网络层、网络接口层的4层层级机构通信模型，进行数据的双向交换与传输。其中，网际协议IP是TCP/IP的核心，IP层接收来自网络接口层的Foundat1n Fieldbus Hl数据报文，并将其发送到更高一层TCP/UDP层;相反，IP层也把接收来自TCP/UDP层的数据包传到网络接口层，网络接口层再将其生成Foundat1nFieldbus Hl数据报文;TCP/UDP位于传输层，用于对来自IP层的数据包排序并进行错误检查，最终将数据包传送到应用层，即上位机服务进程;上位机对总线控制器的具体操作实现为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0021]由于Foundat1nFieldbus Hl支持标准的功能块操作，采用了设备描述(DD)方式来实现现场总线仪表或设备的互操作性，共享不同制造商总线设备中的功能块。在上位机上加载该待测试Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构的DD文件，S卩可凭借所述可读目标文件，直观的理解所述电动执行机构内含的数据意义。
[0022]本发明实施例中，上位机通过加载Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构对应的DD文件，可在线识别到Foundat1n FieIdbus现场总线型电动执行机构的物理设备，并可在线直接对Foundat1n FieIdbus现场总线型电动执行机构内部对应的控制参数(如死区，开方向/关方向力矩保护值，行程全开/全关位置等)进行设置，无须现场人员通过遥控器手动确认设置;总线控制器通过总线线缆向对应的Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构传输测试指令，总线控制器将电动测试指令以Foundat1n Fieldbus标准协议方式将数据打包传输至Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构,Foundat1nFieIdbus现场总线型电动执行机构能负责处理与Foundat1n FieIdbus通信协议，能够实时接收来自总线控制器下发的测试指令，并且将电动执行机构自身的参数(如阀门开度值，负载力矩值大小)和多个特定状态信息(如电动执行机构工作正常与否，当前执行动作为开阀或者关阀的参数，报警信号参数等)；Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构通过总线接口正确接收测试指令后，即按照测试指令响应动作，电动执行机构负载加载台对于电动执行机构施加的力矩负载，负载加载台可手动调节输出大小，调节负载台的输出即可模拟阀门装置管道工作现场的负载，如此，即可以接近真实的工况模拟完成对电动执行机构的测试，测试中的所有测试状态信息通过Foundat1n Fieldbus现场总线、总线控制器传输至上位机，上位机接收，实时显示参数，记录绘制成曲线图，并存储对应的测试状态信息。
[0023]在具体实施时，当有多个Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构同时测试时，为每个Foundat1n FieIdbus现场总线型电动执行机构对应分配一个独立的地址，即可组成一个Foundat1n Fieldbus总线网络，在上位机里同时对多台Foundat1nFieldbus现场总线型电动执行机构进行测试，不用再通过手操器进行单独测试，提高了测试效率。
[0024]如图2所示，本发明实施例中，Foundat1n Fieldbus总线型电动执行机构按照Foundat1n Fieldbus规范，定义了多种标准功能块(FB)，每种功能块实现特定的应用功能;包括I个资源块(Resource Block)、I个变送块(Transducer Block)、I个比例积分微分块(PID Block)、2个模拟量输入块(Al)、I个模拟量输出块(AO)、5个数字量输入块(DI)、I个数字量输出块(DO)。其中，Resouce块用于描述现场总线设备的特征，包含现场设备的硬件和软件对象及其相关运行参数，如设备名，制造者，系列号;Transducer块是用户层的功能块与设备硬件输入、输出之间的接口，主要完成输入、输出数据的量程转换和线性化处理等，包含有与电动执行机构控制相关的参数(如死区，开方向/关方向力矩保护值，行程全开/全关位置等);A0块用于远程连续型控制阀门开度;Al块用于反馈当前实际阀门开度(SP阀位信号)和当前实际负载力矩值大小;DI块用于反馈设备当前多个状态参数信息的二进制组合编码值(一个DI块对应一个无符号的整型字节，该字节中每一位对应一条状态信息)，DO块用于实现离散型控制阀门(一个DO块对应一个无符号的整型字节，该字节中每一位对应一条动作指令，如开阀、关阀、停止、紧急停止等)。
[0025]如上述功能块，其工作模式为标准(41]1'0，1^1003)，在上位机内分别将资源块、变送块工作模式配置为Auto，并将变送块下的执行机构工作模式参数(AO Only, DO Only,AO &D0 Mixed)根据需要设置为AO & DO Mixed，即AO块和DO块同时有效，在对应上位机的图形化组态界面，将2个Al块，I个AO块，5个DI块，I个DO块进行组态配置，将2个Al块工作模式配置为Auto，将AO块工作模式配置为Man，将5个DI块工作模式配置为Auto，将DO块工作模式配置为Man，然后，将该组态配置信息下载到该总线控制器中。
[0026]由于Foundat1nFieldbus具有系统集成技术，其中包含用于过程控制的对象链接嵌入技术，即OLE in Process Control(简称0PC)。通过OPC技术，即可实现上位机与总线控制器间的数据通信和数据共享，在上位机中，建立多个虚拟变量，通过对相应变量与电动执行机构内的上述功能块的变量进行一一映射(如定义一个无符号整数型变量，对应于一个DI功能块输出参数值;定义一个浮点型变量，对应一个Al块的输出参数值)，即可实现对阀位信息，负载力矩信息，所有特定状态信息的实时在线显示，以及对该电动执行机构控制直接相关的AO块和DO块的直接写操作，从而将动作指令直接下发到总线控制器，总线控制器再将该动作指令按照Foundat1n Fieldbus协议传递给电动执行机构，电动执行机构对该指令进行解码后，即按照指令进行开阀或者关阀动作。
[0027]如图3所示，上位机能用于提供生产测试人员与总线控制器之间的人机接口，生产测试人员可直接在上位机对应的可视化界面上，通过点击界面上的按钮控件，即可向控制器下发动作指令，控制器立即响应，并将该指令及参数按照Foundat1n Fieldbus总线协议规范进行编码，并通过总线传递到电动执行机构，电动执行机构根据指令做出响应动作，并及时回传电动执行机构的状态参数。上位机根据测试的要求，使用自动化组态软件，进行该测试系统的应用程序的开发。利用Vb Script脚本语言和Windows的图形编辑功能，进行图形化设计，以及构造数据库，并且建立动画连接。该上位机测试界面中包括手动测试选项和自动测试选项，手动测试和自动测试可以切换，其中手动测试包括手动给0%，25%，50%，75%，100%五点位置处的线性检测，回差检测，死区检测;还包含对开阀、关阀、停止指令的动作测试。自动测试下，上位机给出的是幅值O—100%，每秒步进0.5的三角波周期信号，在该周期信号的控制下，电动执行机构可做24小时连续不断地周期跟随运动，并且，跟随运动趋势记录并显示在上位机I的趋势显示区域;此外，还包括阀位值显示，负载力矩值显示，状态信息显示，以及测试过程中的异常报警信息等，使得生产测试人员在不需要深入了解决现场总线的相关知识情况下，只要按照上位机对应的操作说明书，即可直接有效的对Foundat1n Fieldbus总线型电动执行机构进行有效地完成出厂测试与标定工作。具体实施时，上位机根据生产测试人员的操作产生相应测试指令信息的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0028]本发明上位机与总线控制器通过网线连接，总线控制器通过Foundati onFieIdbus现场总线与电动执行机构负载加载台、电动执行机构以及总线电源连接配合，Foundat1n Fieldbus现场总线采用屏蔽双绞线，从而将分布在现场的多台电动执行机构负载加载台等接入Foundat1n Fieldbus总线网络，实现上位机与电动执行机构负载加载台、电动执行机构等的远程数据传输与信息交换，从而能实现对电动执行机构的远程测试，结构紧凑，自动化程度高，提高测试的效率，安全可靠。
【主权项】
1.一种全数字远程电动执行机构自动化测试系统，其特征是:包括Foundat1nFieldbus现场总线、用于提供电源的总线电源以及与所述Foundat1n Fieldbus现场总线配合的总线控制器，所述总线电源、安全栅、总线控制器与Foundat1n Fieldbus现场总线连接，总线控制器与上位机连接，Foundat 1n Fie I dbus现场总线上还设置用于对Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构测试的总线接口 ； 所述上位机采用OPC方式与总线控制器实现通讯配合，上位机、总线控制器采用设备描述方式对待测试的Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构描述；上位机加载Foundat1n Fi el dbus现场总线型电动执行机构对应的DD文件，并通过总线控制器向对应的Foundat1n FieIdbus现场总线型电动执行机构传输测试指令，以对Foundat1nFieIdbus现场总线型电动执行机构进行对应的测试，Foundat1n Fieldbus现场总线型电动执行机构的测试状态信息通过Foundat1n Fieldbus现场总线、总线控制器传输至上位机，上位机接收、显示并存储对应的测试状态信息。2.根据权利要求1所述的全数字远程电动执行机构自动化测试系统，其特征是:所述Foundat1n FieIdbus现场总线网络采用双绞电缆与Foundat1n FieIdbus现场总线型电动执行机构连接，上位机通过网线与总线控制器连接，且总线控制器内的网卡IP地址和上位机内的网卡IP地址位于同一网段。3.根据权利要求1所述的全数字远程电动执行机构自动化测试系统，其特征是:所述Foundat1n Fieldbus现场总线上的两端设有用于回路信号匹配以及防止信号反射的终端器。
【文档编号】G01D21/02GK105841749SQ201610378393
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】杜学军, 王波, 杨明华, 枚秀全, 杜成飞, 朱国刚, 伦东
【申请人】无锡莱谱尔科技有限公司