分體式智能檢驗(yàn)儀的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郅杏利 王高剛

（1.浙江中控自動(dòng)化儀表有限公司；2.浙江大立科技股份有限公司）

在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)或定期的系統(tǒng)維護(hù)期間，檢驗(yàn)儀的使用工況有時(shí)比較惡劣，如場(chǎng)地狹窄、高溫、高濕等，且操作時(shí)也需要和之前的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，這種情況下就需要其他人員協(xié)助，單人無法獨(dú)立完成檢驗(yàn)。

針對(duì)該實(shí)際需求，筆者開發(fā)了一款分體式結(jié)構(gòu)的智能檢驗(yàn)儀，該檢驗(yàn)儀集校驗(yàn)功能和通信器功能于一體，顯示/操作與主機(jī)分離，可實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域工作。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

分體式智能檢驗(yàn)儀包含檢驗(yàn)儀主機(jī)和操作終端兩部分，總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 分體式智能檢驗(yàn)儀總體設(shè)計(jì)架構(gòu)

分體式智能檢驗(yàn)儀的工作原理為：操作終端上通過按鍵或4G接口接收外部信號(hào)來設(shè)置校驗(yàn)信號(hào)/測(cè)量信號(hào)類型和信號(hào)大小（檢驗(yàn)時(shí)）。操作終端將相關(guān)信息通過藍(lán)牙發(fā)送給檢驗(yàn)儀主機(jī)，主機(jī)接收到信息后進(jìn)行信號(hào)輸出或測(cè)量，同時(shí)檢驗(yàn)儀主機(jī)將當(dāng)前的信號(hào)輸出和信號(hào)測(cè)量信息反饋給操作終端，用戶在操作終端上即可查看顯示數(shù)據(jù)。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路部分整體為雙板設(shè)計(jì)，由主機(jī)板、電源板和移動(dòng)交互式掌機(jī)構(gòu)成， 主機(jī)板和電源板通過兩根20芯排線相連， 電源板通過排線給主機(jī)板供電，如圖2所示。主機(jī)板電路系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖2 硬件電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3 主機(jī)板電路系統(tǒng)框圖

主機(jī)板電路包括以下4個(gè)部分：

a. 輸入側(cè)，包括電壓、電流和回路電流測(cè)量模塊；

b. 輸出側(cè)，包括電壓、電流、電阻、頻率輸出模塊，電壓、電阻、頻率、熱偶等測(cè)量模塊；

c.MCU及周邊電路；

d.接插件（與電源板相連）。

電源板電路系統(tǒng)框圖如圖4所示。

圖4 電源板電路系統(tǒng)框圖

電源板電路包括以下5個(gè)部分：

a.鋰電池充放電電路；

b.開關(guān)機(jī)及LDO電路；

c.接插件電路（與主機(jī)板相連）；

d.外圍通信電路，包括藍(lán)牙、LORA、RS485；

e.主電源電路。

3 軟件部分設(shè)計(jì)

3.1 檢驗(yàn)儀主機(jī)

檢驗(yàn)儀在使用時(shí)首先與操作終端進(jìn)行藍(lán)牙通信配對(duì)， 然后對(duì)各類信號(hào)的輸入/輸出進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定完成后可根據(jù)用戶或現(xiàn)場(chǎng)的需要進(jìn)行測(cè)量或輸出。 主機(jī)系統(tǒng)采用自上而下、模塊化的設(shè)計(jì)思路，便于后續(xù)的調(diào)試和功能擴(kuò)展。 程序調(diào)度流程如圖5所示。

圖5 程序調(diào)度流程

3.2 操作終端

分體式智能檢驗(yàn)儀的操作終端上需要安裝專有的APP，且需要和檢驗(yàn)儀主機(jī)一起配套使用。APP需要有藍(lán)牙、文件讀寫及定位等權(quán)限。

本設(shè)計(jì)中，APP和檢驗(yàn)儀主機(jī)通過藍(lán)牙通信，檢驗(yàn)儀部分采用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus作為通信協(xié)議。HART通信采用自定義Modbus協(xié)議。

APP采用分模塊設(shè)計(jì)，模塊內(nèi)部分層設(shè)計(jì)，業(yè)務(wù)層和展示層采用EventBus來進(jìn)行數(shù)據(jù)和消息的傳遞。 操作終端APP程序架構(gòu)如圖6所示。

圖6 操作終端APP程序架構(gòu)

4 應(yīng)用情況

4.1 分體式方式的典型應(yīng)用

由于工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相對(duì)比較惡劣，且操作空間有限，甚至環(huán)境條件不適合人員長(zhǎng)時(shí)間滯留，故將操作器連接好后放在設(shè)備附近，操作終端分離后可以移離10 m開外的相對(duì)安全區(qū)域進(jìn)行設(shè)備校驗(yàn)、 過程校驗(yàn)或智能儀表的HART通信配置等操作，具體如圖7所示。

圖7 檢驗(yàn)儀分體應(yīng)用實(shí)例

4.2 校驗(yàn)功能應(yīng)用

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中需要定期對(duì)過程設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、檢查和校準(zhǔn)，并要求對(duì)校驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行存檔。 分體式智能檢驗(yàn)儀可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)校驗(yàn)，也可以實(shí)現(xiàn)過程校驗(yàn)， 校驗(yàn)結(jié)果可以本地保存，或?qū)崟r(shí)把數(shù)據(jù)或校準(zhǔn)結(jié)果通過WiFi、LORA、5G等無線通信方式傳入上層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，過程架構(gòu)如圖8所示。 校準(zhǔn)時(shí)可以手動(dòng)單點(diǎn)校驗(yàn)或自動(dòng)校驗(yàn)，校準(zhǔn)頁(yè)面設(shè)置如圖9所示，校準(zhǔn)結(jié)果如圖10所示。

圖8 過程架構(gòu)

圖9 校準(zhǔn)頁(yè)面設(shè)置

圖10 校準(zhǔn)結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)的分體式智能檢驗(yàn)儀，已完成項(xiàng)目輸出測(cè)試，并在實(shí)際工程項(xiàng)目中得到了試用。 工程調(diào)試人員進(jìn)行調(diào)試時(shí)可以遠(yuǎn)距離完成待測(cè)設(shè)備的檢定和維護(hù)，為其工作提高了便利性，收到了很好的評(píng)價(jià)。 后續(xù)該款檢驗(yàn)儀功能會(huì)不斷地完善和優(yōu)化，以期成為業(yè)內(nèi)質(zhì)量可靠、先進(jìn)的多功能檢驗(yàn)儀和通信器。