技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于自動(dòng)控制設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的測(cè)試裝置及測(cè)試方法。

背景技術(shù)：
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各種控制技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，從航天、高鐵列車、電廠、石化、生活居住無(wú)處不在，有一種控制領(lǐng)域我們常常稱作過(guò)程控制，其主要特征是被控對(duì)象有物質(zhì)交換、進(jìn)行質(zhì)量和能量的轉(zhuǎn)移，如制藥廠、石化廠的反應(yīng)釜，它在工作時(shí)，其內(nèi)部可能既有物理變化又有化學(xué)變化，反應(yīng)釜內(nèi)的溫度、壓力、液位等參數(shù)在不停地變化；再如常規(guī)熱電廠的發(fā)電過(guò)程由蒸汽鍋爐產(chǎn)生蒸汽，蒸汽輸出推動(dòng)汽輪機(jī)帶發(fā)電機(jī)發(fā)電，而做功后的蒸汽又被冷凝成水，再被鍋爐加熱成蒸汽再次推動(dòng)汽輪機(jī)，形成了物質(zhì)的物理狀態(tài)往復(fù)變換、物質(zhì)的轉(zhuǎn)移循環(huán)；通過(guò)介質(zhì)水將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，實(shí)現(xiàn)了能量的搬運(yùn)。這些物理或化學(xué)過(guò)程的自動(dòng)控制，被人們習(xí)慣地稱作工業(yè)過(guò)程控制。

作為實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程控制的過(guò)程控制系統(tǒng)，一般是由控制臺(tái)、控制機(jī)柜、現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、變送器、調(diào)節(jié)閥及其執(zhí)行器等硬件設(shè)備組成，其核心部分為控制器，一般布置在控制機(jī)柜或控制臺(tái)中，同時(shí)整個(gè)控制系統(tǒng)會(huì)有一套監(jiān)控軟件協(xié)調(diào)整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程按預(yù)期的工藝流程運(yùn)轉(zhuǎn)。

過(guò)程控制的控制對(duì)象往往是由一系列的壓力容器罐體設(shè)備組成，靠各種管路將它們有機(jī)地、按照工作關(guān)系連接起來(lái)，管道上配置各種調(diào)節(jié)閥；調(diào)節(jié)閥由電動(dòng)、氣動(dòng)或液動(dòng)執(zhí)行器直接驅(qū)動(dòng)控制，閥門的開(kāi)度大小最終是由過(guò)程控制系統(tǒng)中的控制器程序控制，使被控制對(duì)象過(guò)程系統(tǒng)有序地按照預(yù)期的要求進(jìn)行物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)移。

而過(guò)程控制系統(tǒng)本身從整體構(gòu)成上講，它主要由兩部分設(shè)備組構(gòu)成，一部分為放置于控制室或控制設(shè)備間的設(shè)備，如控制臺(tái)、控制機(jī)柜，過(guò)程控制系統(tǒng)的核心設(shè)備控制器就置于控制機(jī)柜或控制臺(tái)中，控制臺(tái)面板上會(huì)布置顯示儀表、用于指示操控之目的計(jì)算機(jī)和操縱按鈕開(kāi)關(guān)等操控或指示元件。另一部分為安裝于現(xiàn)場(chǎng)與被控對(duì)象設(shè)備處于同一場(chǎng)所的傳感器、變送器和調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，這些設(shè)備通常是具體安裝在相關(guān)的被控對(duì)象設(shè)備的機(jī)體上或附屬管道上。在這類過(guò)程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥及其執(zhí)行器設(shè)備的使用占比很大。

當(dāng)一套新的過(guò)程控制系統(tǒng)樣機(jī)研制出來(lái)后，應(yīng)首先在靜態(tài)條件下，對(duì)控制系統(tǒng)自身的軟硬件進(jìn)行調(diào)試，確認(rèn)控制系統(tǒng)自身的硬件信號(hào)關(guān)系傳遞正確，軟件控制邏輯正確，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。在確認(rèn)過(guò)程控制系統(tǒng)于靜態(tài)下測(cè)試沒(méi)有問(wèn)題后，也希望能以某種方式在試驗(yàn)室環(huán)境下，對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試，以降低過(guò)程控制系統(tǒng)在首次應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)過(guò)程控制可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可縮短在實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試時(shí)間，能達(dá)到降低項(xiàng)目成本之目的。

只有通過(guò)動(dòng)態(tài)測(cè)試，才可檢測(cè)確認(rèn)控制程序是否合理可行。實(shí)際上，現(xiàn)在一般的新研的過(guò)程控制系統(tǒng)，都是在首套系統(tǒng)加工好后，在試驗(yàn)室或制造廠進(jìn)行簡(jiǎn)單的靜態(tài)調(diào)試，然后直接安裝在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的靜態(tài)調(diào)試，然后在現(xiàn)場(chǎng)直接作用于被控對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，往往是邊摸索被控對(duì)象的工作規(guī)律邊調(diào)試，這樣勢(shì)必加大項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，增加項(xiàng)目成本，且存在一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

目前，對(duì)于新研的重要的過(guò)程控制系統(tǒng)的監(jiān)控軟件在實(shí)際應(yīng)用之前，工程監(jiān)管方往往向工程項(xiàng)目實(shí)施方提出進(jìn)行“軟件第三方測(cè)試”要求，由具有軟件認(rèn)證資格的企業(yè)測(cè)試合格后方可用于實(shí)際系統(tǒng)。但由于過(guò)程控制系統(tǒng)的軟件運(yùn)行特點(diǎn)與通常意義上的軟件系統(tǒng)的運(yùn)行有很大的不同，在實(shí)踐中很少見(jiàn)到有誰(shuí)對(duì)這樣的監(jiān)控軟件進(jìn)行第三方測(cè)試，存在著監(jiān)管盲區(qū)。具體原因是：象通常意義上的軟件系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)庫(kù)軟件系統(tǒng)，通常組成個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境就可實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件系統(tǒng)的功能與性能的測(cè)試。而過(guò)程控制系統(tǒng)的監(jiān)控軟件的運(yùn)行嚴(yán)重依賴于構(gòu)成控制系統(tǒng)的硬件環(huán)境和被控對(duì)象過(guò)程系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行，為了實(shí)現(xiàn)“軟件第三方測(cè)試”這一行為，總不至于造一套能實(shí)際工作運(yùn)行的過(guò)程系統(tǒng)。

新研的過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件在實(shí)際應(yīng)用之前，可能存在這樣或那樣的潛在問(wèn)題，且設(shè)計(jì)者無(wú)法意識(shí)到，從而去消除；只能在實(shí)際應(yīng)用時(shí)去發(fā)現(xiàn)和解決，導(dǎo)致的后果就是：項(xiàng)目的后期調(diào)試工作量過(guò)大、調(diào)試周期長(zhǎng)，項(xiàng)目的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)加大，上級(jí)管理機(jī)關(guān)或工程監(jiān)管方對(duì)項(xiàng)目的能否可靠按期完成心存疑慮。

即使經(jīng)過(guò)使用已定型的過(guò)程控制系統(tǒng)，一套新制造的同樣的過(guò)程控制系統(tǒng)，出廠時(shí)也應(yīng)進(jìn)行出廠檢驗(yàn)。在進(jìn)行出廠檢驗(yàn)時(shí)，如測(cè)試檢測(cè)手段豐富齊全，檢測(cè)點(diǎn)深入覆蓋面廣，留到現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題就會(huì)少；反之，測(cè)試檢測(cè)手段有限單一，留到現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題就可能多，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為了能實(shí)現(xiàn)新研制的過(guò)程控制系統(tǒng)的監(jiān)控軟件及其硬件在實(shí)際應(yīng)用之前，能在合理成本控制下，對(duì)其功能與性能進(jìn)行全面有效的測(cè)試檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題消除缺陷，尤其是能對(duì)其監(jiān)控軟件開(kāi)展有效的“軟件第三方測(cè)試”；并且可對(duì)企業(yè)定型生產(chǎn)的過(guò)程控制系統(tǒng)的成套設(shè)備進(jìn)行有效的出廠檢驗(yàn)。即對(duì)新研或定型制造的過(guò)程控制系統(tǒng)的軟硬件質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行有效的檢查評(píng)估，本發(fā)明提出了“過(guò)程控制系統(tǒng)測(cè)試裝置”這一產(chǎn)品概念，該裝置不僅能靜態(tài)地測(cè)試過(guò)程控制系統(tǒng)的軟硬件，還能動(dòng)態(tài)地測(cè)試過(guò)程控制系統(tǒng)的軟件，使得卓有成效地開(kāi)展過(guò)程控制系統(tǒng)的“軟件第三方測(cè)試”成為可能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的測(cè)試裝置，主要由調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器和仿真計(jì)算機(jī)構(gòu)成，調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器一方面要用電路模擬調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的動(dòng)作過(guò)程，對(duì)應(yīng)地動(dòng)態(tài)改變和記憶一個(gè)虛擬的調(diào)節(jié)閥的閥位值，還要用電路模擬過(guò)程控制系統(tǒng)中參數(shù)監(jiān)測(cè)用的信號(hào)變送器、傳感器的信號(hào)變化；仿真計(jì)算機(jī)用于仿真過(guò)程控制系統(tǒng)的控制對(duì)象（即工業(yè)設(shè)備或稱過(guò)程裝置）的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程，按照設(shè)備的工作數(shù)學(xué)模型仿真其工作過(guò)程，被仿真設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)會(huì)在計(jì)算機(jī)上不斷變化。仿真計(jì)算機(jī)與調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器通過(guò)總線網(wǎng)絡(luò)或以太網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)工作，在網(wǎng)絡(luò)中仿真計(jì)算機(jī)為主站，調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器為從站。仿真計(jì)算機(jī)從調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器接收模擬的閥位信號(hào)，根據(jù)閥位信號(hào)的變化和其它相關(guān)信息計(jì)算出被仿真設(shè)備的新的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并將其新的狀態(tài)參數(shù)回送給調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器，作為其改變模擬的變送器/傳感器輸出信號(hào)大小的依據(jù)。

所述調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器通過(guò)自身的調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器接口與控制系統(tǒng)中的控制機(jī)柜、或控制臺(tái)、或控制箱中對(duì)應(yīng)的執(zhí)行器輸入輸出端子相連接，接收過(guò)程控制系統(tǒng)中控制器發(fā)出的執(zhí)行器控制電流信號(hào)或是控制臺(tái)發(fā)出的開(kāi)閥、關(guān)閥和切換閥位控制方式的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，同時(shí)將模擬器模擬的執(zhí)行器工作狀態(tài)，主要是虛擬的閥位值和模擬的故障狀態(tài)信號(hào)反饋給控制器。

所述調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器的執(zhí)行器接口具體有1個(gè)“開(kāi)大閥位”開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)、1個(gè)“關(guān)小閥位”開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)、1個(gè)“閥位大小控制”模擬量輸入信號(hào)、1個(gè)“閥位大小反饋”模擬量輸出信號(hào)、1個(gè)閥位“用開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制/用模擬量信號(hào)控制選擇”開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)、1個(gè)“故障狀態(tài)”開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)、1個(gè)24v直流電源輸出。

所述調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器配有液晶或led顯示組件，一方面可顯示其輸入的閥位模擬量控制信號(hào)的大小，另一方面又可實(shí)時(shí)顯示模擬的當(dāng)時(shí)實(shí)際閥位開(kāi)度；模擬器外殼上設(shè)有一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)處于關(guān)或開(kāi)時(shí)模擬器發(fā)出執(zhí)行器有故障信號(hào)，而當(dāng)開(kāi)關(guān)處于開(kāi)或關(guān)時(shí)表示執(zhí)行器處于正常工作狀態(tài)，不發(fā)出故障信號(hào)。

所述調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器通過(guò)自身的信號(hào)變送器、傳感器模擬輸出接口與控制系統(tǒng)中的控制機(jī)柜、或控制臺(tái)、或控制箱中對(duì)應(yīng)的輸入端子相連接，將來(lái)自仿真計(jì)算機(jī)仿真的工業(yè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的數(shù)字化動(dòng)態(tài)參數(shù)，用電路變成模擬量信號(hào)，反饋給過(guò)程控制系統(tǒng)中的控制器。

所述調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器設(shè)有兩線制4ma～20ma信號(hào)輸出接口，用于模擬信號(hào)變送器輸出信號(hào)（如壓力、壓差、溫度、流量等參數(shù)）；設(shè)有mv信號(hào)輸出接口用于直接模擬熱電偶溫度信號(hào)；設(shè)有可變電阻輸出接口用于直接模擬熱電阻溫度信號(hào)；設(shè)有頻率信號(hào)輸出接口用于模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)；一臺(tái)增強(qiáng)型執(zhí)行器模擬器可以設(shè)有多種信號(hào)源輸出接口，也可只設(shè)有一種信號(hào)源輸出接口。

一種工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的測(cè)試裝置所采用的測(cè)試方法為：被測(cè)試的過(guò)程控制系統(tǒng)按照其正常的工作方式將調(diào)節(jié)控制輸出(即閥位控制信號(hào))以開(kāi)關(guān)量信號(hào)或電流信號(hào)形式發(fā)送給調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器，模擬器接收閥位控制信號(hào)后，如是電流控制信號(hào)，首先改變模擬器上的液晶或led顯示組件上顯示的閥位控制信號(hào)的大小與接收值一致，如是開(kāi)關(guān)量信號(hào)，用模擬器上對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管進(jìn)行指示，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的閥門開(kāi)大或關(guān)小的動(dòng)作速度，增加或減小虛擬的閥位值，并改變閥位反饋輸出信號(hào)與虛擬的閥位值一致，即將新的虛擬閥位值回送被測(cè)試的控制系統(tǒng)；仿真計(jì)算機(jī)以一定的間隔周期通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口訪問(wèn)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器，將其仿真計(jì)算出的過(guò)程裝置的運(yùn)行參數(shù)如壓力、溫度、轉(zhuǎn)速的最新值送給模擬器，并取回最新的虛擬的閥位值。

所述調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器從仿真計(jì)算機(jī)接收到過(guò)程裝置的最新仿真運(yùn)行參數(shù)值后，根據(jù)其參數(shù)的類別相應(yīng)地改變范圍為4～20ma的變送器接口信號(hào)的輸出值，或是熱電偶溫度接口信號(hào)的輸出值，或是熱電阻溫度接口信號(hào)的輸出值，或是轉(zhuǎn)速頻率接口信號(hào)的輸出值，使它們與從仿真計(jì)算機(jī)接收的仿真運(yùn)行參數(shù)的最新值相一致。

在仿真計(jì)算機(jī)上配置調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器設(shè)置程序，用該程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口為系統(tǒng)中的每臺(tái)模擬器設(shè)置模擬器中虛擬調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的速度值，設(shè)定后該值被保存在模擬器中的非易失存儲(chǔ)器中。

本發(fā)明的有益效果：本測(cè)試裝置能在有效的成本控制下，不僅能實(shí)現(xiàn)重要的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)新研制的樣機(jī)裝備軟硬件的有效確認(rèn)測(cè)試，尤其是能有效地開(kāi)展過(guò)程控制系統(tǒng)“控制軟件的第三方測(cè)試”工作；還能用于后續(xù)制造的過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)際裝備的有效出廠檢驗(yàn)。

附圖說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是本發(fā)明中調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器的接口示意圖。

圖3是本發(fā)明的工作原理示意圖。

具體實(shí)施方式：

參照?qǐng)D1，點(diǎn)畫線左側(cè)部分為一般的過(guò)程控制系統(tǒng)中通常布置在控制室端的設(shè)備，主要是控制臺(tái)和控制機(jī)柜，控制臺(tái)內(nèi)部和顯示操控面板再布置操控指示計(jì)算機(jī)、顯示器、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指示燈、報(bào)警光字牌、操控按鈕和接線端子等元件；控制機(jī)柜再布置控制器及其i/o模件、信號(hào)轉(zhuǎn)換元件和接線端子等元件；控制臺(tái)中的操控指示計(jì)算機(jī)與控制機(jī)柜中的控制器一般是用系統(tǒng)內(nèi)部的以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；而控制臺(tái)與控制機(jī)柜間其它信號(hào)的連接一般是用控制線纜進(jìn)行連接；機(jī)柜中的控制器運(yùn)行過(guò)程控制應(yīng)用軟件，而控制臺(tái)上操控指示計(jì)算機(jī)運(yùn)行人機(jī)界面應(yīng)用軟件用于進(jìn)行操控和指示。以上這些設(shè)備總成加之運(yùn)行其上的應(yīng)用軟件就構(gòu)成了過(guò)程控制系統(tǒng)的半成品，因?yàn)樗€未連接與被監(jiān)控的過(guò)程裝置或設(shè)備布置在一起的變送器、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等元件，形成真正意義上的過(guò)程控制系統(tǒng)。這個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的半成品需事先在工廠制造、調(diào)試和測(cè)試，確信沒(méi)問(wèn)題檢驗(yàn)合格后，才在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝和實(shí)際調(diào)試應(yīng)用。對(duì)于較小的過(guò)程控制系統(tǒng)，可能不設(shè)控制機(jī)柜，而是將控制機(jī)柜的功能也在控制臺(tái)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

參照?qǐng)D1，點(diǎn)畫線右側(cè)為本發(fā)明用于測(cè)試過(guò)程控制系統(tǒng)的測(cè)試裝置，它由調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器和仿真計(jì)算構(gòu)成。調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器一方面要用電路模擬調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的動(dòng)作過(guò)程，對(duì)應(yīng)地動(dòng)態(tài)改變和記憶一個(gè)虛擬的調(diào)節(jié)閥的閥位值，還要用電路模擬過(guò)程控制系統(tǒng)中參數(shù)監(jiān)測(cè)用的信號(hào)變送器、傳感器的信號(hào)變化；仿真計(jì)算機(jī)用于仿真過(guò)程控制系統(tǒng)的控制對(duì)象（即工業(yè)設(shè)備或稱過(guò)程裝置）的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程，按照設(shè)備的工作數(shù)學(xué)模型仿真其工作過(guò)程，被仿真設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)會(huì)在計(jì)算機(jī)上不斷變化。

即用調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器具有的調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器接口功能和信號(hào)變送器、傳感器接口功能代替布置于工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)的調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器和真實(shí)的信號(hào)變送器、傳感器的接口功能，再用仿真計(jì)算機(jī)仿真工業(yè)過(guò)程設(shè)備的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)在工廠制造出來(lái)的過(guò)程控制系統(tǒng)的半成品的軟硬件功能和性能在其應(yīng)用之前進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試。

在對(duì)某一過(guò)程控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試時(shí)，可根據(jù)該過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)際調(diào)節(jié)控制回路的多少配置調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器的數(shù)量。

仿真計(jì)算機(jī)與調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器通過(guò)總線網(wǎng)絡(luò)或以太網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)工作，在網(wǎng)絡(luò)中仿真計(jì)算機(jī)為主站，調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器為從站。

圖2所示為一臺(tái)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器的接口圖，它應(yīng)具有現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的接口功能和信號(hào)變送器、傳感器的接口功能，以實(shí)現(xiàn)這些元件功能的工作邏輯仿真，以便能用于過(guò)程控制系統(tǒng)的測(cè)試。首先要按照真實(shí)的一臺(tái)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的外部接口功能，用電路加單片機(jī)或加其它型式的計(jì)算機(jī)芯片方式，模擬調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器與控制系統(tǒng)中控制器間的相互作用信號(hào)接口，當(dāng)它被連接到過(guò)程控制系統(tǒng)中機(jī)柜或控制臺(tái)的端子上工作時(shí)，控制端的控制軟件或人員操控時(shí)，感覺(jué)上會(huì)是一個(gè)真實(shí)的調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器在工作。同時(shí)，一臺(tái)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器要用電路模擬仿真幾路用于過(guò)程變量監(jiān)測(cè)的信號(hào)變送器/傳感器的外部接口。

調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器通過(guò)自身的調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器接口與控制系統(tǒng)中的控制機(jī)柜、或控制臺(tái)、或控制箱中對(duì)應(yīng)的執(zhí)行器輸入輸出端子相連接，接收過(guò)程控制系統(tǒng)中控制器發(fā)出的執(zhí)行器控制電流信號(hào)或是控制臺(tái)發(fā)出的開(kāi)閥、關(guān)閥和切換閥位控制方式的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，同時(shí)將模擬器模擬的執(zhí)行器工作狀態(tài)，主要是虛擬的閥位值和模擬的故障狀態(tài)信號(hào)反饋給過(guò)程控制系統(tǒng)的控制器。

參見(jiàn)圖2，調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器的執(zhí)行器接口設(shè)有有1個(gè)“開(kāi)大閥位”開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)、1個(gè)“關(guān)小閥位”開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)、1個(gè)“閥位大小控制”模擬量輸入信號(hào)、1個(gè)“閥位大小反饋”模擬量輸出信號(hào)、1個(gè)閥位“用開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制/用模擬量信號(hào)控制選擇”開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)、1個(gè)“故障狀態(tài)”開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)、1個(gè)24v直流電源輸出。

調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器配有兩組液晶或led顯示組件，一組用于顯示其輸入的閥位模擬量控制信號(hào)的大小，另一組用于實(shí)時(shí)顯示模擬的當(dāng)時(shí)實(shí)際閥位開(kāi)度；也可只配置一組液晶或led顯示組件，再配置一個(gè)切換開(kāi)關(guān)，用開(kāi)關(guān)切換方式，在一組顯示組件上分別顯示輸入的閥位模擬量控制信號(hào)的大小和模擬的當(dāng)時(shí)實(shí)際閥位開(kāi)度；模擬器外殼上設(shè)有一個(gè)雙刀開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)處于關(guān)或開(kāi)時(shí)模擬器發(fā)出執(zhí)行器有故障信號(hào)，而當(dāng)開(kāi)關(guān)處于開(kāi)或關(guān)時(shí)表示執(zhí)行器處于正常工作狀態(tài)，不發(fā)出故障信號(hào)，同時(shí)也將該信號(hào)狀態(tài)送給模擬器中的cpu。在模擬器上設(shè)置3只發(fā)光二極管指示燈，分別用于指示模擬器收到開(kāi)閥、關(guān)閥信號(hào)和當(dāng)前閥位控制方式的選擇狀態(tài)。

調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器通過(guò)自身的信號(hào)變送器、傳感器模擬輸出接口與控制系統(tǒng)中的控制機(jī)柜、或控制臺(tái)、或控制箱中對(duì)應(yīng)的輸入端子相連接，將來(lái)自仿真計(jì)算機(jī)仿真的工業(yè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的數(shù)字化動(dòng)態(tài)參數(shù)，用電路變成模擬量信號(hào)，反饋給過(guò)程控制系統(tǒng)中的控制器。

參照?qǐng)D2，調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器設(shè)有兩線制4ma～20ma信號(hào)輸出接口，用于模擬信號(hào)變送器輸出信號(hào)（如壓力、壓差、溫度、流量等參數(shù)）；設(shè)有mv信號(hào)輸出接口用于直接模擬熱電偶溫度信號(hào)；設(shè)有可變電阻輸出接口用于直接模擬熱電阻溫度信號(hào)；設(shè)有頻率信號(hào)輸出接口用于模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)，以方波或正弦波形式輸出；一臺(tái)增強(qiáng)型執(zhí)行器模擬器可以設(shè)有多種信號(hào)源輸出接口，也可只設(shè)有一種信號(hào)源輸出接口。

參照?qǐng)D2，在本實(shí)施例中，熱電偶溫度信號(hào)輸出接口的mv數(shù)范圍為0～50mv，可模擬0℃～1100℃的設(shè)備工作溫度范圍；熱電阻溫度信號(hào)輸出接口的電阻值范圍為91ω～220ω，可模擬-23℃～322℃的設(shè)備工作溫度范圍；頻率信號(hào)輸出接口的頻率范圍為0～24khz，如果在實(shí)際過(guò)程系統(tǒng)中，與磁電式轉(zhuǎn)速傳感器配套工作安裝于設(shè)備轉(zhuǎn)軸上的齒盤的齒數(shù)為120個(gè)，那么該頻率范圍可模擬0～12000rpm的設(shè)備工作轉(zhuǎn)速范圍。

如圖2所示，在本實(shí)施例中，調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器配置485總線接口與上位仿真計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊交換數(shù)據(jù)。仿真計(jì)算機(jī)從調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器接收模擬的閥位信號(hào)，根據(jù)閥位信號(hào)的變化和其它相關(guān)信息計(jì)算出被仿真設(shè)備的新的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并將其新的狀態(tài)參數(shù)回送給調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器，作為其改變模擬的變送器/傳感器輸出信號(hào)大小的依據(jù)。

參照?qǐng)D3，畫出了某一過(guò)程控制系統(tǒng)的一部分，即實(shí)現(xiàn)監(jiān)控鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的部分和對(duì)其進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試裝置的組成，用于說(shuō)明本發(fā)明測(cè)試裝置的測(cè)試方法。

鍋爐運(yùn)行過(guò)程的主要狀態(tài)參數(shù)有鍋筒汽包壓力p、過(guò)熱蒸汽溫度t和鍋筒汽包水位h，相應(yīng)地過(guò)程控制系統(tǒng)至少設(shè)有鍋筒汽包壓力和鍋筒汽包水位兩個(gè)調(diào)節(jié)回路，在實(shí)際的控制系統(tǒng)中為了實(shí)現(xiàn)鍋筒汽包壓力和鍋筒水位的調(diào)節(jié)需配置兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥，每臺(tái)調(diào)節(jié)閥由與其安裝于一體的執(zhí)行器直接驅(qū)動(dòng)和控制，另外需配置鍋筒汽包壓力監(jiān)測(cè)變送器、鍋筒汽包水位壓差監(jiān)測(cè)變送器和過(guò)熱蒸汽溫度監(jiān)測(cè)熱電偶傳感器。

過(guò)程控制系統(tǒng)的鍋爐控制部分主要由鍋爐控制機(jī)柜、鍋爐控制臺(tái)及其布置于臺(tái)或柜內(nèi)部或表面上的控制器及其i/o模件、操控指示計(jì)算機(jī)、按鈕開(kāi)關(guān)、接線端子等元件構(gòu)成。

為了驗(yàn)證已設(shè)計(jì)制造出的過(guò)程控制系統(tǒng)的鍋爐監(jiān)控功能的軟硬件設(shè)計(jì)正確，滿足實(shí)際需要，需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試，為此選用兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器，再加一臺(tái)仿真計(jì)算機(jī)構(gòu)成一個(gè)測(cè)試裝置對(duì)鍋爐監(jiān)控功能的軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行測(cè)試。其中模擬器與仿真計(jì)算機(jī)組成一個(gè)485總線網(wǎng)絡(luò)在一起協(xié)同工作，其中仿真計(jì)算機(jī)為主站，而兩臺(tái)模擬器為從站。其中一臺(tái)模擬器模擬仿真燃油流量調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的動(dòng)作過(guò)程，并用其接口電路模擬仿真鍋筒汽包壓力監(jiān)測(cè)變送器的輸出信號(hào)和過(guò)熱蒸汽溫度熱電偶的輸出信號(hào)，另一臺(tái)模擬器模擬仿真鍋筒汽包水位調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的動(dòng)作過(guò)程，并用其接口電路仿真鍋筒汽包水位監(jiān)測(cè)變送器的輸出信號(hào)。

參照?qǐng)D3，測(cè)試用的兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器，象真實(shí)的調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器和變送器、傳感器一樣，其輸入輸出接口與鍋爐控制臺(tái)、控制機(jī)柜中對(duì)應(yīng)的信號(hào)端子進(jìn)行實(shí)際連接，仿真計(jì)算機(jī)仿真鍋爐的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程，鍋爐控制臺(tái)與控制機(jī)柜通電，使安裝其上的控制器和操控指示計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用軟件運(yùn)行，測(cè)試觀察相關(guān)的軟硬件功能運(yùn)行是否正確，性能是否滿足要求。

參照?qǐng)D3，對(duì)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的開(kāi)閥、關(guān)閥、閥位控制方式選擇信號(hào)均是由鍋爐控制臺(tái)上的開(kāi)關(guān)按鈕發(fā)出的，鍋爐控制臺(tái)也接收來(lái)自調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的直流24v電源，該直流電源為上述的3個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)提供電源激勵(lì)；其它的調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器信號(hào)和變送器、傳感器信號(hào)均接到鍋爐控制機(jī)柜的接線端子上。

當(dāng)仿真計(jì)算機(jī)仿真的鍋爐運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到能量與質(zhì)量輸入輸出平衡時(shí)，運(yùn)行參數(shù)會(huì)維持在一個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。此時(shí)當(dāng)需要提高鍋筒汽包工作壓力時(shí)，被測(cè)試的過(guò)程控制系統(tǒng)就會(huì)由控制機(jī)柜中的控制器發(fā)出被增大的模擬量閥位控制電流信號(hào)給燃油流量調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器，或是通過(guò)控制臺(tái)上的按鈕由人工向燃油流量調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器發(fā)出開(kāi)大閥門開(kāi)關(guān)量信號(hào)，兩種閥位控制方式的選擇是由控制臺(tái)上的控制方式選擇開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換實(shí)現(xiàn)的，切換時(shí)由人工從控制臺(tái)將開(kāi)關(guān)量電平信號(hào)發(fā)到模擬器。模擬器按照當(dāng)前閥位控制方式的選擇狀態(tài)，根據(jù)相應(yīng)的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)虛擬的閥位值增大或減小的控制，兩種閥位控制信號(hào)不同時(shí)起作用。

當(dāng)燃油流量調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器接收到開(kāi)大閥門信號(hào)或具體的控制閥位值時(shí)，會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的閥門開(kāi)大的動(dòng)作速度，逐步增加虛擬的燃油流量調(diào)節(jié)閥的閥位值，并改變?nèi)加土髁空{(diào)節(jié)閥閥位反饋輸出信號(hào)與虛擬的閥位值一致，即將新的虛擬閥位值回送被測(cè)試的過(guò)程控制系統(tǒng)；仿真計(jì)算機(jī)以一定的間隔周期通過(guò)485總線訪問(wèn)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器，當(dāng)它從燃油流量調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器取回最新的虛擬的閥位值，首先對(duì)虛擬的閥位值進(jìn)行顯示，并根據(jù)最新的燃油流量調(diào)節(jié)閥的閥位值和其它有關(guān)參數(shù)計(jì)算出最新的鍋筒汽包壓力、鍋筒汽包水位和過(guò)熱蒸汽溫度參數(shù)值，此時(shí)鍋筒汽包壓力、過(guò)熱蒸汽溫度參數(shù)值應(yīng)增大，而鍋筒汽包水位應(yīng)減小，仿真機(jī)會(huì)在下一個(gè)對(duì)模擬器的訪問(wèn)周期，將鍋筒汽包壓力和過(guò)熱蒸汽溫度參數(shù)的最新值回送給燃油流量調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器，將鍋筒汽包水位參數(shù)的最新值回送給鍋筒水位調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器。

對(duì)應(yīng)地，燃油流量調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器會(huì)根據(jù)從仿真機(jī)接收的鍋筒汽包壓力參數(shù)的最新值改變4～20ma的變送器接口信號(hào)的輸出值，會(huì)根據(jù)從仿真機(jī)接收的過(guò)熱蒸汽參數(shù)的最新值改變熱電偶溫度接口信號(hào)的輸出值；鍋筒水位調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器會(huì)根據(jù)從仿真機(jī)接收的鍋筒汽包水位參數(shù)的最新值改變4～20ma的變送器接口信號(hào)的輸出值。

鍋爐控制機(jī)柜中的控制器收到鍋筒汽包水位減小的信號(hào)后，其控制軟件應(yīng)向鍋筒水位調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器發(fā)出增大水位調(diào)節(jié)閥閥位的控制信號(hào)。如此一來(lái)就會(huì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)的周而復(fù)始的控制與被控制的循環(huán)往復(fù)過(guò)程。

利用在仿真計(jì)算機(jī)上配置的調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器設(shè)置程序，通過(guò)485總線接口為系統(tǒng)中的每臺(tái)模擬器設(shè)置模擬器中虛擬調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的速度值，設(shè)定后該值被保存在模擬器中的非易失存儲(chǔ)器中，根據(jù)被模擬仿真的調(diào)節(jié)閥的實(shí)際動(dòng)作速度值進(jìn)行設(shè)置。

還可在仿真機(jī)的仿真程序中設(shè)置靜態(tài)調(diào)試功能，即設(shè)置在仿真機(jī)的人機(jī)交互界面上對(duì)仿真的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)置值功能，并將此值也送到調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器增強(qiáng)型模擬器，模擬器再相應(yīng)地改變其仿真的信號(hào)變送器或傳感器接口的輸出值，達(dá)到靜態(tài)測(cè)試或調(diào)試過(guò)程控制系統(tǒng)之目的。

綜上所述，以這種方式就實(shí)現(xiàn)了對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)中鍋爐控制部分軟硬件功能與性能的測(cè)試。