智能流量调节阀自动测试系统的应用研究

张兴超

（昆明理工大学津桥学院电气与信息工程学院，云南昆明 650106）

0 引言

随着科技的发展，工业生产对控制过程提出了更加严格的要求。作为过程控制重要参数之一的流量，对其进行准确测量和有效调节，是保证工业生产安全、降低能耗、提高产品质量和经济效益的关键[1]。而流量的合理控制通常依赖于调节阀。作为一种控制元件，调节阀能够与控制器相结合形成智能流量调节阀的形式；利用控制器发出控制信号改变调节参数，使其达到控制要求，从而实现生产过程的自动化。智能流量调节阀作为一种流量调节装置，主要用于电力、冶金和石化等工业生产过程中的流体介质的流量控制，同时也在空调制冷和采暖系统的温度控制中被广泛采用。

自动测试系统是指在人极少参与或不参与的情况下，能够进行数据的自动测量和处理，并以适当方式显示或输出测试结果的系统[2]。针对智能流量调节阀的控制器研究一套自动测试系统，不仅能够用于产品质量检测和提高合格率，也可以实现节能减排和能源的有效利用。鉴于此，结合智能流量调节阀在供暖系统中的应用情况，利用力控组态软件设计了一套上位机自动测试系统。该系统具有信号采集、动态显示、多机通信、远程监控以及数据记录等功能，对户端供暖控制器的应用和国民经济的发展起到了推动作用，具有一定的现实意义。

1 智能流量调节阀自动测试系统的总体结构组成

为了研究智能流量调节阀自动测试系统的多机通信、远程监控等多项功能，下面以供暖系统为例进行介绍。针对智能供暖系统中的温度控制器，利用黑盒测试方法对系统结构以及研发目标进行测试。该测试方法包括大纲测试和随机测试两种模式。分析其基本目标和功能需求，利用力控组态软件设计智能流量调节阀自动测试系统总体结构（图1）。

智能流量调节阀自动测试系统所使用的开发环境为力控组态软件。该软件是一种工业集成化控制软件，具有可靠、灵活、高性能的监控系统平台以及强大的组态功能和良好的兼容性[3]。分析智能流量调节阀的控制目标与功能需求，其自动测试系统应满足以下要求：

（1）能够实时监控供暖系统中智能流量调节阀温度控制器运行情况。

（2）利用通信协议完成一台上位机的自动测试系统与下位机多台智能流量调节阀温度控制器之间的多机通信。

（3）能够实时采集温度控制器中的时钟信号以及房间温度等信息。

（4）能够对相关参数进行数据记录，并以变化曲线、实时报表和历史报表等形式进行输出。

2 自动测试测试系统的硬件设计

自动测试系统的硬件设计主要是为了解决上位机与温度控制器之间的通信和数据采集问题。由上位机硬件配置和下位机硬件设计两部分组成。上位机硬件配置用于提供自动测试系统的软件平台和良好的人机界面。下位机硬件设计以STC12C5A60S2 单片机为主控芯片形成温度控制器，结合通信接口电路与信号电平转换电路，构成温度采集、可控硅开关信号采集、上位机与控制器通信等各类测试子系统。

温度采集子系统主要用于采集房间温度，是供暖系统温度控制的关键环节。只有精确的房间温度采集，才能保证温度控制器的良好控制效果。本装置采用DS18B20 数字温度传感器进行房间温度采集，通过温度控制器的CPU 将相关数据发送至上位机，并利用自动测试系统简便直观的显示出来。

可控硅开关信号采集子系统主要用于控制电热型流量调节阀，由BTA16-600B 双向可控硅和MOC3022 光电耦合器两部分组成：温度控制器将采集的房间温度与设定值进行比较，判断是否需要调节当前室温；之后控制BTA16-600B 双向可控硅，使其处于开或关的状态，从而改变阀门开度，实现对室温的调节。同时将这种状态信息转化为01 信号上传至自动测试系统完成动作信号的监测。

图1 智能流量调节阀自动测试系统总体结构

上位机与控制器通信子系统主要用于实现上位机与温度控制器的通信功能。自动测试系统的上位机软件平台使用的是力控组态软件，该软件含有多种与控制器之间的通信协议形式。为配合由STC12C5A60S2 单片机构成的温度控制器，本装置选用力控单片机通用协议。

3 自动测试测试系统的软件设计

智能流量调节阀自动测试系统的软件设计包括上位机自动测试系统软件和下位机温度控制器软件两部分。下位机温度控制器软件主要基于STC12C5A60S2 单片机进行设计与开发，并采用C 语言编程完成串口初始化、串口数据接收与处理、模拟量与数字量的采集、控制可控硅的开和关等功能。其开发工具包括keil uvision4、stc-isp-v4.79-setup 和串口调试助手等软件。

上位机自动测试系统软件设计是整个自动测试系统的核心。在测试过程中，应满足可靠性高、实时性强、可操作性与扩展性好等要求。因此，本装置采用力控组态软件（Force Control V7.0）作为上位机自动测试系统软件。作为一款功能强大的组态软件，力控组态软件具有灵活、可靠、兼容性好等特点，能够提供高性能监控系统平台。根据系统功能需求设计的智能流量调节阀自动测试系统软件，功能结构如图2 所示。

4 结论

为了满足供暖系统温度控制器的信号采集、动态显示、多机通信、远程监控以及数据记录等功能需要；提高产品质量，并实现节能减排和能源的有效利用。本文结合智能流量调节阀在供暖系统中的应用情况，利用力控组态软件设计了一套智能流量调节阀自动测试系统。分析了其总体结构组成，介绍了上位机硬件配置和下位机硬件设计，同时给出了自动测试系统软件功能结构。该系统与供暖系统温度控制器配合使用，具有一定的实际应用价值。

图2 自动测试系统软件功能结构