智能流量調節閥自動測試系統的應用研究

張興超

（昆明理工大學津橋學院電氣與信息工程學院，云南昆明 650106）

0 引言

隨著科技的發展，工業生產對控制過程提出了更加嚴格的要求。作為過程控制重要參數之一的流量，對其進行準確測量和有效調節，是保證工業生產安全、降低能耗、提高產品質量和經濟效益的關鍵[1]。而流量的合理控制通常依賴于調節閥。作為一種控制元件，調節閥能夠與控制器相結合形成智能流量調節閥的形式；利用控制器發出控制信號改變調節參數，使其達到控制要求，從而實現生產過程的自動化。智能流量調節閥作為一種流量調節裝置，主要用于電力、冶金和石化等工業生產過程中的流體介質的流量控制，同時也在空調制冷和采暖系統的溫度控制中被廣泛采用。

自動測試系統是指在人極少參與或不參與的情況下，能夠進行數據的自動測量和處理，并以適當方式顯示或輸出測試結果的系統[2]。針對智能流量調節閥的控制器研究一套自動測試系統，不僅能夠用于產品質量檢測和提高合格率，也可以實現節能減排和能源的有效利用。鑒于此，結合智能流量調節閥在供暖系統中的應用情況，利用力控組態軟件設計了一套上位機自動測試系統。該系統具有信號采集、動態顯示、多機通信、遠程監控以及數據記錄等功能，對戶端供暖控制器的應用和國民經濟的發展起到了推動作用，具有一定的現實意義。

1 智能流量調節閥自動測試系統的總體結構組成

為了研究智能流量調節閥自動測試系統的多機通信、遠程監控等多項功能，下面以供暖系統為例進行介紹。針對智能供暖系統中的溫度控制器，利用黑盒測試方法對系統結構以及研發目標進行測試。該測試方法包括大綱測試和隨機測試兩種模式。分析其基本目標和功能需求，利用力控組態軟件設計智能流量調節閥自動測試系統總體結構（圖1）。

智能流量調節閥自動測試系統所使用的開發環境為力控組態軟件。該軟件是一種工業集成化控制軟件，具有可靠、靈活、高性能的監控系統平臺以及強大的組態功能和良好的兼容性[3]。分析智能流量調節閥的控制目標與功能需求，其自動測試系統應滿足以下要求：

（1）能夠實時監控供暖系統中智能流量調節閥溫度控制器運行情況。

（2）利用通信協議完成一臺上位機的自動測試系統與下位機多臺智能流量調節閥溫度控制器之間的多機通信。

（3）能夠實時采集溫度控制器中的時鐘信號以及房間溫度等信息。

（4）能夠對相關參數進行數據記錄，并以變化曲線、實時報表和歷史報表等形式進行輸出。

2 自動測試測試系統的硬件設計

自動測試系統的硬件設計主要是為了解決上位機與溫度控制器之間的通信和數據采集問題。由上位機硬件配置和下位機硬件設計兩部分組成。上位機硬件配置用于提供自動測試系統的軟件平臺和良好的人機界面。下位機硬件設計以STC12C5A60S2 單片機為主控芯片形成溫度控制器，結合通信接口電路與信號電平轉換電路，構成溫度采集、可控硅開關信號采集、上位機與控制器通信等各類測試子系統。

溫度采集子系統主要用于采集房間溫度，是供暖系統溫度控制的關鍵環節。只有精確的房間溫度采集，才能保證溫度控制器的良好控制效果。本裝置采用DS18B20 數字溫度傳感器進行房間溫度采集，通過溫度控制器的CPU 將相關數據發送至上位機，并利用自動測試系統簡便直觀的顯示出來。

可控硅開關信號采集子系統主要用于控制電熱型流量調節閥，由BTA16-600B 雙向可控硅和MOC3022 光電耦合器兩部分組成：溫度控制器將采集的房間溫度與設定值進行比較，判斷是否需要調節當前室溫；之后控制BTA16-600B 雙向可控硅，使其處于開或關的狀態，從而改變閥門開度，實現對室溫的調節。同時將這種狀態信息轉化為01 信號上傳至自動測試系統完成動作信號的監測。

圖1 智能流量調節閥自動測試系統總體結構

上位機與控制器通信子系統主要用于實現上位機與溫度控制器的通信功能。自動測試系統的上位機軟件平臺使用的是力控組態軟件，該軟件含有多種與控制器之間的通信協議形式。為配合由STC12C5A60S2 單片機構成的溫度控制器，本裝置選用力控單片機通用協議。

3 自動測試測試系統的軟件設計

智能流量調節閥自動測試系統的軟件設計包括上位機自動測試系統軟件和下位機溫度控制器軟件兩部分。下位機溫度控制器軟件主要基于STC12C5A60S2 單片機進行設計與開發，并采用C 語言編程完成串口初始化、串口數據接收與處理、模擬量與數字量的采集、控制可控硅的開和關等功能。其開發工具包括keil uvision4、stc-isp-v4.79-setup 和串口調試助手等軟件。

上位機自動測試系統軟件設計是整個自動測試系統的核心。在測試過程中，應滿足可靠性高、實時性強、可操作性與擴展性好等要求。因此，本裝置采用力控組態軟件（Force Control V7.0）作為上位機自動測試系統軟件。作為一款功能強大的組態軟件，力控組態軟件具有靈活、可靠、兼容性好等特點，能夠提供高性能監控系統平臺。根據系統功能需求設計的智能流量調節閥自動測試系統軟件，功能結構如圖2 所示。

4 結論

為了滿足供暖系統溫度控制器的信號采集、動態顯示、多機通信、遠程監控以及數據記錄等功能需要；提高產品質量，并實現節能減排和能源的有效利用。本文結合智能流量調節閥在供暖系統中的應用情況，利用力控組態軟件設計了一套智能流量調節閥自動測試系統。分析了其總體結構組成，介紹了上位機硬件配置和下位機硬件設計，同時給出了自動測試系統軟件功能結構。該系統與供暖系統溫度控制器配合使用，具有一定的實際應用價值。

圖2 自動測試系統軟件功能結構