扩展型管材耐压爆破试验控制装置论文和设计-王建昌

全文摘要

本实用新型公开了一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，包括上位机和控制器，所述控制器包括主控模块和与所述主控模块相连的支路控制模块，所述上位机与至少一个所述主控模块相通讯，所述主控模块与至少一个所述支路控制模块相连，所述支路控制模块分别与电磁阀和用于采集待测管材加载压力的压力传感器相连，所述电磁阀与变频器相连，所述变频器与用于给所述待测管材加压的水泵相连。本实用新型采用上述结构的扩展型管材耐压爆破试验控制装置，通过设置主控模块和支路控制模块，可在不影响使用的情况下实现单路拆卸，既体现了高度集成化，又兼顾了检测维修，扩展了接口，最大扩容地址为30，可容许150路水压同时工作。

主设计要求

1.一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，包括上位机和控制器，其特征在于：所述控制器包括主控模块和与所述主控模块相连的支路控制模块，所述上位机与至少一个所述主控模块相通讯，所述主控模块与至少一个所述支路控制模块相连，所述支路控制模块分别与电磁阀和用于采集待测管材加载压力的压力传感器相连，所述电磁阀与变频器相连，所述变频器与用于给所述待测管材加压的水泵相连。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，其特征在于：所述主控模块与5个所述支路控制模块相连，所述支路控制模块分别与一路所述压力传感器和两路所述电磁阀相连。

3.根据权利要求1所述的一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，其特征在于：所述支路控制模块包括支路控制板，所述主控模块包括壳体和设置于所述壳体内部的主控制板，所述主控制板上设置有用于连接所述支路控制板的连接器。

4.根据权利要求3所述的一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，其特征在于：所述主控制板上集成有供电单元、信号采集单元、通讯单元、和压敏保护单元，所述支路控制板上集成有CPU、采样器和模数转换器，所述压力传感器与所述信号采集单元相连，所述信号采集单元与所述采样器相连，所述采样器依次经滤波器和所述模数转换器与所述CPU输入端相连，所述CPU输出端依次经两路脉冲输出接口、光耦隔离器、功率放大器、所述压敏保护单元与所述电磁阀相连。

5.根据权利要求4所述的一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，其特征在于：所述支路控制板上还集成有接口隔离器，所述上位机依次经所述通讯单元、所述接口隔离器与所述CPU相连，所述通讯单元为RS485总线，所述接口隔离器为ADM2483BRWZ接口隔离器。

6.根据权利要求4所述的一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，其特征在于：所述支路控制板上还集成有存储器和时间控制器，所述存储器包括FM24C16B铁电存储芯片和AT45DB041存储芯片，所述时间控制器为DS1305E万年历芯片，所述时间控制器与备用电池相连。

7.根据权利要求4所述的一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，其特征在于：所述供电单元包括直流12V电源、直流24V电源、防过流电路、防反接电路、5V稳压电路、3.3V稳压电路和滤波电路，所述直流12V电源依次经所述防过流电路、所述防反接电路与所述5V稳压电路相连，所述5V稳压电路分别与所述CPU和所述接口隔离器相连，所述直流12V电源还依次经所述防过流电路、所述防反接电路、所述滤波电路与所述压力传感器相连，所述直流24V电源依次经所述防过流电路、所述防反接电路、三级过滤器与所述电磁阀相连。

8.根据权利要求7所述的一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，其特征在于：所述5V稳压电路依次经所述滤波电路、隔离电路与所述接口隔离器相连，所述5V稳压电路还依次经所述滤波电路、3.3V稳压电路、所述滤波电路与所述CPU相连，所述3.3V稳压电路为AMS1117-3.3芯片，所述5V稳压电路为LM2576-5.0芯片，所述隔离电路为B0505S＿1W电源隔离电路。

9.根据权利要求4所述的一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，其特征在于：所述模数转换器还分别与集成于所述支路控制板上的基准电压电路和指示灯相连。

10.根据权利要求4所述的一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，其特征在于：所述功率放大器为FR120524V大功率输出电路。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种管材耐压爆破试验技术，尤其涉及一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置。

背景技术

随着近几年国家高速发展，市政、建筑等各个事业、行业对非金属材料的需求日益增多，尤其是各种管材。管耐压爆破试验机是根据GB\/T6111-2003《长期恒定内压下热塑性塑料管材耐破坏时间的测定方法》以及ISO1167标准的要求制造的，同时符合EN921及ASTMD1598的标准要求，用于测定塑料管材、复合管材(如：PVC、PE、PP、PB、ABC、AE-X及铝塑复合管等)在长期恒定内压下的耐压破坏时间及爆破性试验，是塑料管材生产厂及检测机构必备的检测设备。

就目前市场水压控制系统来说，主要存在以下问题：

1、系统构成，支路控制分两种，一是单支路控制，人机界面为按键加数码显示，优点为单路操作方便，缺点是集成度不高，很难适应市场的要求；二是3-5路集成，人机界面为上位机操作，优点为集成度高，缺点是维修时，一路有问题，多路停止工作，不利于维修。

2、模式控制，目前市场上的产品补压方式有0.5Hz、1Hz的低频控制，还有50Hz以上的高频控制模式，不能适应所有材质、管径大小的试验，需要分压力范围。

3、历史存储，脱机(无上位机)情况下的历史存储，目前市场上的产品都有无纸记录功能，但是历史存储容量小，导致记录间隔只能用分钟、小时为单位，很难做到秒级记录。

4、时间轴，市场上两种方式为历史存储提供时间轴，一是上位机下传原始时间点，系统内部提供定时器；二是系统本身备有万年历功能。目前市场上产品两者的都存在计时不精的缺点。

5、及时断电保护，出现断电时，系统要及时存储当前状态，目前最多能达到分钟级别或秒级断电前保存。

6、数据采集，目前市场上存在两种采集精度：12位和14位，只适用于细分压力范围的系统，不适合宽压力控制。

7、通讯隔离，市场上均采用光电隔离，满足64以下节点的要求，但不满足上百节点的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，通过设置主控模块和支路控制模块，可在不影响使用的情况下实现单路拆卸，既体现了高度集成化，又兼顾了检测维修，扩展了接口，最大扩容地址为30，可容许150路水压同时工作。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置，包括上位机和控制器，所述控制器包括主控模块和与所述主控模块相连的支路控制模块，所述上位机与至少一个所述主控模块相通讯，所述主控模块与至少一个所述支路控制模块相连，所述支路控制模块分别与电磁阀和用于采集待测管材加载压力的压力传感器相连，所述电磁阀与变频器相连，所述变频器与用于给所述待测管材加压的水泵相连。

优选的，所述主控模块与5个所述支路控制模块相连，所述支路控制模块分别与一路所述压力传感器和两路所述电磁阀相连。

优选的，所述支路控制模块包括支路控制板，所述主控模块包括壳体和设置于所述壳体内部的主控制板，所述主控制板上设置有用于连接所述支路控制板的连接器。

优选的，所述主控制板上集成有供电单元、信号采集单元、通讯单元、和压敏保护单元，所述支路控制板上集成有CPU、采样器和模数转换器，所述压力传感器与所述信号采集单元相连，所述信号采集单元与所述采样器相连，所述采样器依次经滤波器和所述模数转换器与所述CPU输入端相连，所述CPU输出端依次经两路脉冲输出接口、光耦隔离器、功率放大器、所述压敏保护单元与所述电磁阀相连。

优选的，所述支路控制板上还集成有接口隔离器，所述上位机依次经所述通讯单元、所述接口隔离器与所述CPU相连，所述通讯单元为RS485总线，所述接口隔离器为ADM2483BRWZ接口隔离器。

优选的，所述支路控制板上还集成有存储器和时间控制器，所述存储器包括FM24C16B铁电存储芯片和AT45DB041存储芯片，所述时间控制器为DS1305E万年历芯片，所述时间控制器与备用电池相连。

优选的，所述供电单元包括直流12V电源、直流24V电源、防过流电路、防反接电路、5V稳压电路、3.3V稳压电路和滤波电路，所述直流12V电源依次经所述防过流电路、所述防反接电路与所述5V稳压电路相连，所述5V稳压电路分别与所述CPU和所述接口隔离器相连，所述直流12V电源还依次经所述防过流电路、所述防反接电路、所述滤波电路与所述压力传感器相连，所述直流24V电源依次经所述防过流电路、所述防反接电路、三级过滤器与所述电磁阀相连。

优选的，所述5V稳压电路依次经所述滤波电路、隔离电路与所述接口隔离器相连，所述5V稳压电路还依次经所述滤波电路、3.3V稳压电路、所述滤波电路与所述CPU相连，所述3.3V稳压电路为AMS1117-3.3芯片，所述5V稳压电路为LM2576-5.0芯片，所述隔离电路为B0505S＿1W电源隔离电路。

优选的，所述模数转换器还分别与集成于所述支路控制板上的基准电压电路和指示灯相连。

优选的，所述功率放大器为FR120524V大功率输出电路。

因此，本实用新型的有益效果包括：

1、系统架构，在系统构成方面采用主控制板+支路控制板的模式，用于解决集成度不高，检测维修不便的缺点，做到集维修与集成度二者的结合。

2、自适应控制模式，CPU具有模糊自适应控制模式兼顾低频控制、高频控制，调试研发处针对超大型管材的大输出模式。适应所有材质、管径大小的试验，且不需要分压力范围。

3、历史记录数据量大，无纸记录功能方面，采用4Mbit大容量存储(可扩充到8M，16M)做到真正的秒级记录，每个支路的有效数据可达26万多笔。

4、时间轴精准，采用有万年历功能专用芯片，温度自动补偿，做到远优于1％的精确度，每年的误差不超过5分钟。

5、断电保护。采用铁电存储芯片，可及时断电保护，真正做到毫秒级记录当前状态，出现断电时，系统准确、及时存储当前状态。

6、采集精度高，数据采集采用完整16位、低成本、Σ-Δ型模数转换芯片，测量压力范围更广。

7、节点多，采用基于icoupler技术的磁隔离芯片，同时满足256个节点高速工作。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的实施例一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置的结构框图；

图2为本实用新型的实施例一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置的电路原理图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。

图1为本实用新型的实施例一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置的结构框图，图2为本实用新型的实施例一种扩展型管材耐压爆破试验控制装置的电路原理图，如图1和图2所示，本实用新型的结构，包括上位机和控制器，所述控制器包括主控模块和与所述主控模块相连的支路控制模块，所述上位机与至少一个所述主控模块相通讯，所述主控模块与至少一个所述支路控制模块相连，所述支路控制模块分别与电磁阀和用于采集待测管材加载压力的压力传感器相连，所述电磁阀与变频器相连，所述变频器与用于给所述待测管材加压的水泵相连，本实施例中所述主控模块与5个所述支路控制模块相连，所述支路控制模块分别与一路所述压力传感器和两路所述电磁阀相连。所述支路控制模块包括支路控制板，所述主控模块包括壳体和设置于所述壳体内部的主控制板，所述主控制板上设置有用于连接所述支路控制板的连接器。所述主控制板上集成有供电单元、信号采集单元、通讯单元、和压敏保护单元，所述支路控制板上集成有CPU、采样器和模数转换器，所述压力传感器与所述信号采集单元相连，所述信号采集单元与所述采样器相连，所述采样器依次经滤波器和所述模数转换器与所述CPU输入端相连，所述CPU输出端依次经两路脉冲输出接口、光耦隔离器、功率放大器、所述压敏保护单元与所述电磁阀相连，所述模数转换器还分别与集成于所述支路控制板上的基准电压电路和指示灯相连，本实施例中的基准电压电路选用MC1403参考电压器件，它是利用一个负温度系数的基射结正向电压VBE与正温度系数的工作在不同电流密度下，两个晶体管基射结电压差△VBE相加而形成的零温度系数的参考电压源，其输出电压的温度系数为零，即输出电压与温度无关，具有高精度、低漂移能隙的基准电源，其中，优选的，所述功率放大器为FR120524V大功率输出电路；本实施例中CPU选用atmel805内核嵌入式单片机，型号为STC89C58RD+，CPU具有ISP(In System Programming)在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含4K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程(ISP)特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去购买通用编程器，而且速度更快，内部集成MAX810专用复位电路，可省去外部复位电路；信号采集单元选用AD770516位的串行AD芯片，应用于低频测量的2通道的模拟前端，该器件可以直接接收来自传感器的低电平输入信号，选定的输入信号被送到一个基于模拟调制器的增益可编程专用前端，片内数字滤波器处理调制器的输出信号，通过片内控制寄存器可调节滤波器的截止点和输出更新速率，从而对数字滤波器的第一个陷波进行编程，然后产生串行的数字输出，故增益值、信号极性以及更新速率的选择可用串行输入口由软件来配置。利用Σ-Δ转换技术实现了16位无丢失代码性能，该器件还包括自校准和系统校准选项，以消除器件本身或系统的增益和偏移误差。

所述供电单元包括直流12V电源、直流24V电源、防过流电路、防反接电路、5V稳压电路、3.3V稳压电路和滤波电路，所述直流12V电源依次经所述防过流电路、所述防反接电路与所述5V稳压电路相连，所述5V稳压电路分别与所述CPU和所述接口隔离器相连，所述直流12V电源还依次经所述防过流电路、所述防反接电路、所述滤波电路与所述压力传感器相连，所述直流24V电源依次经所述防过流电路、所述防反接电路、三级过滤器与所述电磁阀相连。具体的，所述5V稳压电路依次经所述滤波电路、隔离电路与所述接口隔离器相连，所述5V稳压电路还依次经所述滤波电路、3.3V稳压电路、所述滤波电路与所述CPU相连，所述3.3V稳压电路为AMS1117-3.3芯片，所述5V稳压电路为LM2576-5.0芯片，所述隔离电路为B0505S＿1W电源隔离电路，其中，LM25766-5.0芯片是3A电流输出降压开关型集成的稳压电路，内含固定频率振荡器(52kHz)和基准稳压器(1.23V)，并具有包括电流限制及热关断电路等在内的保护电路，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路；AMS1117-3.3芯片是一种输出电压为3.3V的正向低压降稳压器，适用于为高效率线性稳压器、开关电源稳压器、电池充电器、小型计算机系统、接口终端、笔记本电脑的电源管理电池等供电；B0505S＿1W电源隔离电路是1W单输出dc\/dc电源模块，适用于对PCB上分布式电源系统中需要与输入电源隔离且输出精度要求较高的电源场合。

所述支路控制板上还集成有接口隔离器，所述上位机依次经所述通讯单元、所述接口隔离器与所述CPU相连，所述通讯单元为RS485总线，所述接口隔离器为ADM2483BRWZ接口隔离器，ADM2483BRWZ接口隔离器是基于iCoupler磁隔离技术的隔离型RS-485收发芯片，内部集成了三通道的数字隔离器、带三态输出的差分驱动器和一个带三态输入的RS485差分接收器，节点数可允许多达256个，最高传输速率可达500Kbps，由于磁隔离在设计上取消了光电耦合器中影响效率的光电转换环节，因此它的功耗仅为光电耦合器的1\/6--1\/10，且具有比光电耦合器更高的数据传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能力，同时也消除了光电耦合中不稳定的电流传输率，非线性传输，温度和使用寿命等方面的问题。

所述支路控制板上还集成有存储器和时间控制器，所述存储器包括FM24C16B铁电存储芯片和AT45DB041存储芯片，所述时间控制器为DS1305E万年历芯片，所述时间控制器与备用电池相连，其中DS1305E万年历芯片用二一十进制(BCD)码表示实时时钟的秒、分、小时、星期、日、月和年的时间信息，并且自动对小月(少于31天的月份)和闰年的日期进行调整，兼有带AM\/PM指示12小时和24小时两种时间指示格式；FM24C16B铁电存储芯片采用铁电技术制造的16K位非易失性存储器，铁电随机存储器(FRAM)具有非易失性，并且可以像RAM一样快速读写，数据在掉电后可以保存10年，相对于EEPROM或其他非易失性存储器，FRAM具有系统可靠性更高，结构更简单等诸多优点，与EEPROM系列不同的是，FM24C16以总线速度进行写操作，无须延时，FM24C16B的读写寿命是EEPROM的数倍，而且由于无需内部电压提升电路，FM24C16B在写操作期间功耗比EEPROM低得多；AT45DB041存储芯片具有容量大、读写速度快、外围电路少等诸多优点，更为重要的是该芯片可最低工作在2.5V，工作电流仅为4mA，因此在移动通信、便携等场合得到了广泛的应用，AT45DB041中的数据按页存放，主存共2048页，每页264字节，所以总容量为528K字节(约4M比特)，存放在主存中的数据掉电不丢失，除了主存以外AT45DB041还有两个容量为264字节的数据缓存。

因此，本实用新型的采用上述结构的扩展型管材耐压爆破试验控制装置，通过设置主控模块和支路控制模块，可在不影响使用的情况下实现单路拆卸，既体现了高度集成化，又兼顾了检测维修，扩展了接口，最大扩容地址为30，可容许150路水压同时工作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

设计图

扩展型管材耐压爆破试验控制装置论文和设计

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