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摘要：当前的压力表（压力变送器）检定工作中，传统的手动打压装置占据主导地位。对检定人员来说，这种方式劳动强度大，效率低。针对这一情况，提出对检定装置的造压系统进行升级改造，自动完成造压。大大提高了检定效率，降低了检定人员的劳动强度。
关键词：压力表检定；自动造压；提高效率；劳动强度
引言
指针式压力表是目前生产过程中应用最普遍的压力测量仪表之一，不仅品种众多，而且数量庞大。由于指针式压力表检定周期短，一般为半年至一年，因而检定工作量很大。造压操作作为压力表检定过程的极为重要的一个部分，占据整个检定工作量的80%。目前，这部分工作主要靠手工操作来完成，不仅劳动强度大，而且检定效率低。因此，对现有的压力表检定装置的造压系统进行升级改造具有重要的现实意义。
1 传统压力表检定装置简介
1.1 传统检定装置的造压原理
图1 传统压力表检定装置实物图
如图1所示，传统压力表检定装置的造压由人工手动操作完成。具体实现方法是：关闭回流阀门，检定人员通过造压泵的压杆推动活塞，使油缸的液体不断进入管路，由于管路的体积一定，当管路中充满液体时，随着体积的压缩，管路压力不断增大，操作人员一面打压，一面通过标准压力表观察当前压力值，当标准压力表显示值接近设定值时，压力杆造压停止，关闭主回路止回阀。再通过旋转微调活塞使压力值达到设定值，从而达到造压的目的。如此反复，检定多个设定值，当检定结束时，打开回流阀门，管路中的液体回流到油缸。
1.2 传统检定装置造压系统的缺陷
由于传统压力表检定装置的造压部分需要检定人员手动操作完成打压，因而工作量和劳动强度都很大，成为制约整个检定工作效率的提高的重要因素之一。
因此，在现有的装置基础上，对造压系统进行升级改造，使检定人员从繁重的造压操作中解放出来，对降低检定人员的劳动强度、提高检定效率具有重要的意义。
二、自动造压原理与实现
为了压力表检定装置自动造压功能的实现，本文从硬件和软件两部分分别进行阐述。
2.1系统框图
图2 造压系统框图
在传统装置的基础上并联接入电动压力源，结合智能控制系统完成自动造压。本装置自动造压系统由控制器、交流电机、步进电机、造压泵和检测仪表（标准表）五部分组成。交流电机为AC220V，步进电机为直流24V；控制器采用西门子PLCS7-224作为主控制器，结合设定面板完成压力信号处理，并对交流电机和步进电机进行控制；造压泵在交流和直流电机的驱动下产生相应的压力；压力检测由标准表来完成，并通过RS232方式与控制器通讯，完成信号的采集。
2.2系统硬件原理图
图3系统硬件原理图
图中元件如下所示：1检定装置机架； 2压力表接口 ；3液压泵管线；4液压腔；5主增压电机；6微调电机； 7标准数字压力表； 8主控制器；9控制面板； 10电源接口。
2.3控制部分软件流程图
由于采用了智能控制器来精确控制压力，本装置造压系统软件流程图如下图所示。软件采用WINCCSTEP7语言开发工具进行编写，其特点是代码运行效率高，可移植性好。
图4 造压系统软件流程图
该装置造压系统主要由标准压力自动产生系统构成。该系统为闭环油压系统。系统硬件原理图如图3所示。采用步进电机带动活塞压力泵作为执行机构，利用0.05级精密数字压力表作为标准表测量系统压力，并利用单片机压力控制仪对造压过程进行闭环负反馈控制。
系统采用一台交流电机和一台步进电机带动两台活塞压力泵造压，目的是提高造压速度，以适应多台表同时检定或某些要求用油量较大的场合。其中一台活塞压力泵处于造压阶段（即向油路注油），另一台处于造压微调阶段。处于造压阶段的交流电机由控制器经放大电路进行控制，处于造压造压微调阶段的步进电机由逻辑电路控制。油路的切换采用电磁阀控制，其优点是密闭性好，从而保证系统有较高的造压速度和静态压力稳定性。系统在被检表与标准表油路间加装电磁阀，目的是在造压泵前切断被检表油路与造压油路间的联系。待换泵完成，且造压油路重新恢复换泵前压力时，再将电磁阀打开，这样，可消除换泵过程中可能产生的系统压力波动。
由于传统的PID调节法具有造压速度与超调之间的矛盾，为保证压力产生的快速性，有避免明显的过冲，系统采用智能控制算法。在造压过程前段控制交流电机以较高速度运转。当压力接近稳态值时，交流电机停止。而当压力进入稳态值的某一临域时，步进电机改用步进（转角）控制。这样可保证系统静态压力精度及压力产生的快速性，又不会引起过冲。步进电机的输出转矩在高频下随着驱动脉冲频率的上升而下降，因而使步进电机不失步的最佳升速频率为：
f(t)=f0+A(1-e-Bt) 式中，A=f∞-f0,f∞、f0分别为步进电机的最高连续频率及突跳频率，B为待定常数。可见理想驱动频率应按指数规律变化。
三、论文的创新性及意义
目前，大部分压力表检定装置的动力系统均采用传统的手动操作压力杆通过活塞泵的往复运动来完成对压力表检定装置的液压泵打压，这种操作最大特点是操作人员的劳动强度大，效率低下；也有一部分近年刚出现的装置，把机电相结合，具有一定的先进性。这类装置的特点一是：用电机代替手动压杆实现电动打压，与电接点压力表和微调旋钮相结合来完成打压，优点是相比手动打压方式操作人员省力，但微调时仍需手动操作，造成操作人员劳动强度大，噪音大，而且效率较低，成本较高。
本装置通过对普通的压力表检定装置造压系统通过自动化改造后，达到测量稳定性高、操作自动化的目的，需要对装置进行外部控制和自动化系统的设计。具体包括：标准智能压力表位于装置的正上面左侧检定完成对泵体压力的检测，并传输到智能控制器；控制面板完成压力的设定和给定压力时间的设定；智能控制器根据控制面板的设定值和采集的标准压力表的值来完成对交流电机和步进电机的控制；交流电机完成对压力泵的初步打压，使压力值达到接近设定值；微型步进电机完成对压力的微调，使液压泵的压力值达到设定值。操作人员根据这时待检的压力表的一系列显示值来判断压力表的合格与否。检定完毕后由智能控制器控制微型电机完成泄压。至此，一个压力表检定流程结束。
由于该装置采用智能控制器控制电机完成打压和微调工作，无需操作人员手动打压和微调，大大降低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率和质量；其结构简单，节省原材料，降低了制造成本；产品造价远低于同类产品，自动化程度高，节能效果好，噪音低，有广阔的市场前景。
四 结语
通过这次改造及测试，证明了该方案的可行性。按照传统的方法，检定一块普通压力表（以M为例）需要20分钟，现在检定同样的压力表需要5分钟，一小时可以检定10块以上。重要的是操作人员的劳动强度大大降低。因此，该装置推广到同行业及相关领域应用后将产生巨大经济效益。
参考文献
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作者简介：王春光（1979年7月）男，汉族，山东菏泽人，高级工程师，主要从事计量科研及管理工作。
论文作者:王春光 吕德东,李贵勇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/28
标签：压力表论文; 压力论文; 装置论文; 系统论文; 劳动强度论文; 操作论文; 电机论文; 《防护工程》2018年第29期论文;