仿真表和采用该仿真表的故障仿真模拟系统

摘要

一种仿真表和采用该仿真表的故障仿真模拟系统，其特征在于，包括：表壳、表针、动力装置、传动装置、控制装置，其中，所述表针、传动装置、所述控制装置、控制信号插座安装在所述表壳中，所述动力装置安装所述仿真表外部表壳上；以及所述控制装置接受外部指令控制所述动力装置，从而完成所述仿真表的仿真转动。本发明能够模拟供水(或其它液、汽体)设备和系统出现特殊故障时压力的变化，进而真实反映当时发生故障时水(或其它液、汽体)的压力等数据，而且具有成本较低、高仿真性和高稳定性的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及仿真模拟，具体涉及故障仿真模拟系统。

背景技术

水压力表作为供水系统的水压指示器是一种常用和常见的测量仪表，国内 有不少厂家生产各种品牌的模拟和数字水压力表，这些产品大量应用在供水设 备和系统中，为该行业提供了直观的测量检测数据。传统的压力表通过表内的 敏感元件波登管的弹性变形，再通过表内机芯的转换机构将压力形变传导至表 针，引起表针转动来显示压力，属于就地指示型压力表，就地显示压力的大小， 不带远程传送显示、调节功能。

水压力表压力大小的变化可一定程度上反应设备的故障，因此可通过分析 压力表的数值来分析设备故障并解决故障。在一些特定设备中，通常需要培训 操作人员通过分析压力表相关参数来分析设备故障并解决设备故障，例如在供 水系统出现故障时如何分析设备故障及排除故障。这种培训要求使受训的操作 人员能够解决设备实际运行中所出现的故障。然而，实践中，由于通常不允许 轻易地中断这些设备的运行，因此，显而易见的是不能通过使正常运行的设备 出现故障，而后排除故障，从而来达到培训目的。因此，需要提供一种仿真系 统，该系统能够模拟设备出现故障后相应参数的变化，操作人员可根据这些参 数变化来分析相应的故障原因，进而解决故障。

由于传统的压力表只能就地显示压力的大小，且当故障发生的情况下，不 具有停止功能和定位功能，因此已经无法满足特殊领域的要求。

因此，需要开发一种能模拟压力表压力的变化，尤其是能够模拟供水(或 其它液、汽体)设备和系统出现特殊故障时压力的变化，进而真实反映发生故 障时水(或其它液、汽体)的压力等数据的仿真设备，从而可通过使用该仿真 设备来达到培训目的。

发明内容

本发明的目的是能够模拟供水(或其它液、汽体)设备和系统出现特殊故 障时压力的变化，进而真实反映当时发生故障时水(或其它液、汽体)的压力 等数据的仿真设备。

为实现上述目的，本发明提供了一种仿真表，其特征在于，包括：表壳、 表针、动力装置、传动装置、控制装置，其中，

所述表针、传动装置、所述控制装置、控制信号插座安装在所述表壳中， 所述动力装置安装在所述仿真表外部表壳上；以及

所述控制装置接受外部指令控制所述动力装置，从而完成所述仿真表的仿 真转动。

优选地，所述动力装置是伺服电机。

优选地，所述传动装置包括：轴套、传动轴、支架、定位板、大齿轮、小齿 轮，其中，

所述动力装置的输出轴通过所述轴套与所述传动轴的一端连接，所述传动轴的 另一端安装有大齿轮，所述小齿轮通过转动轴可转动地安装在所述支架与所述定位 板之间，并与所述大齿轮啮合，所述转动轴的一端与表针连接，当所述动力装置转 动时，所述表针一起转动。

优选地，所述的控制装置是由单片机STC12C4015及其外围电路构成。

优选地，所述外部指令是模拟设备故障信号的指令。

优选地，所述仿真表是仿真压力表或仿真温度表。

本发明还提供了一种故障仿真模拟系统，包括：终端、网络接口、网络总 线、仿真表，其中，所述仿真表是以上所述的仿真表，所述终端通过网络接口和 网络总线与所述仿真表连接。

优选地，所述网络接口采用MAX485芯片，所述终端与所述仿真表之间采 用RS-485协议通讯。

优选地，所述指令由所述终端以广播形式发出，所述仿真表接收指令，地 址正确则计算校验和，与指令中的校验和对比一致则按照模式和参数执行命 令，并返回正确信息报告，不一致则返回错误信息报告。

优选地，所述指令数据包具有长包和短包两种格式，所述长包用于终端向 仿真表发送的指令，所述短包用于仿真表反馈回终端的信息。

优选地，所述长包长度为9个字节，第1个字节和第9个字节为固定的包 头和包尾，所述短包共有5个字节，第1个字节和第5个字节为固定的包头和 包尾。

使用时，可将本发明的仿真表放置于各设备处(也可将该仿真表放置在教室等 任何地方)，并通过电缆连接到控制室里的终端，终端将模拟设备故障信号的指令 发送给仿真表的控制装置，控制装置根据该指令控制伺服电机转动，从而使表针进 行相应的运动。技术人员可根据表针运动情况、转动的角度来判断设备出现的故障。 换言之，如果真实的设备中压力表(或温度表)的表针发生与本发明的仿真表的表 针运动相同的运动，则可据此判定设备所发生的故障类型。

本发明的智能模拟水压力表能智能控制，具有成本较低、高仿真性和高稳 定性的优点。

附图说明

图1是本发明的故障仿真模拟系统的总体框图；

图2是本发明的故障仿真模拟系统的一个实施例的总体框图；

图3是本发明的一个实施例的仿真表结构的立体透视图；

图4是图2中的仿真表结构的另一立体透视图；

图5是图2中的仿真表结构的俯视图，为清楚起见，移除了表壳；

图6是图4的沿线A-A的剖视图，为清楚起见，移除了表壳；

图7是图2中网络接口和控制装置的硬件电路图；

图8是消除电源电压出现的尖峰的电路图；

图9示出在总线上传输的数据包中长包的形式；

图10～12示出在总线上传输的数据包中的短包形式；

图13是本发明的故障仿真模拟系统的控制流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明 的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制， 而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。图中相同的部分采用相同的附图标记 表示。

参见图1和2，本发明的可实现智能控制的故障仿真模拟系统包括：终端、网 络总线、网络接口、仿真表。仿真表包括网络接口17、控制装置、动力装置、传 动装置以及表针。其中，网络总线用于传输终端所发出的数据包，网络接口17用 于连接终端和控制装置。

以下以仿真压力表为例，详细说明本发明的故障仿真模拟系统。参见图2至5， 本发明的智能控制仿真压力表100包括表壳1、控制装置(未示出)、动力装置、 传动装置、控制信号插座2、表针。其中，动力装置是由扭矩大、定位准确、控 制简单的伺服电机3组成。伺服电机是一种位置伺服的驱动器，适用于需要角 度不断变化并可以保持的控制装置，控制信号由接收机的通道进入信号调制芯 片，获得直流偏置电压，伺服电机内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽 度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电 压差输出。

传动装置包括：轴套4、传动轴5、支架6、大齿轮7、小齿轮8。伺服电机3 的输出轴30通过轴套4与传动轴5的一端连接，轴套4与输出轴30和传动轴5 之间通过顶丝9固定。传动轴5的另一端安装有大齿轮7。小齿轮8通过转动轴12 可转动地安装在支架6与定位板10之间，并与大齿轮7啮合，转动轴12的一端与 表针20连接，另一端可转动地连接到支架6上，支架6通过螺丝固定到底座11 上，而定位板10亦通过螺丝固定到支架6上。伺服电机3通过底座11上的定位孔 通过螺丝安装在压力表背面的外壳上，承载控制装置的电路板(未示出)通过压力 表侧面的定位孔固定在表壳内，控制信号插座2通过安装孔安装在压力表背面的外 壳上。

较佳地，本发明的仿真表还包括安装柱15，安装柱15穿过表壳侧壁上的孔安 装到表壳上，用于将仿真表安装到所需的位置。

当终端发出控制信号时，控制装置控制伺服电机3转动，伺服电机的转动带动 大齿轮7转动，进而小齿轮7随之转动，并带动表针也随之转动。

图7是图2中网络接口和控制装置的硬件电路图。参见图2和图7，电路板16 由网络接口电路17连接以单片机STC12C4015及其外围电路构成的控制装置构 成。其中，网络接口电路17是由插座J1、MAX485芯片连接构成，MAX485 芯片为平衡驱动器和差分接收器的组合，该芯片的A、B端(或J1的3、4端) 与RS-485网络总线连接，J1的1和2脚为控制装置提供电源；单片机STC12C4015 具有两个定时器，一个UART、PROOM，满足PWM、网络和地址存储功能，单片机 STC12C4015的P1.2接有上拉电阻与控制信号插座2(J2)的脚3连接；控制装 置通过控制信号插座2(J2)的1、2脚向伺服电机提供电源，3脚向伺服电机 输出控制脉冲信号。

图8是为了消除上电时电源电压出现尖峰的电路图。由于伺服电机在启动的瞬 间会拉低电源电压，而且在此电路中所有伺服电机由单一电源供电，所以设计了图 中所示的∏型网络，有效消除了尖峰。

图9示出在总线上传输的数据包中长包的形式。长包用于终端向压力表发送的 命令，如图所示，长包长度为9个字节，第1个字节和第9个字节为固定的包头和 包尾。不同的模式代表不同的功能，例如0x01代表测试功能，参数1、2、3在不 同的模式中代表压力表针转动的角度或时间，校验高位和低位组成两个字节的二进 制数是从0×0c到参数3共六个字节的校验和。

图10～12示出在总线上传输的数据包中的短包形式。短包用于压力表反馈回终 端信息，如图所示，短包共有5个字节，第1个字节和第5个字节为固定的包头和 包尾，根据不同的命令分为两种形式：一是当对查询位置命令的回复时字节命令， 如图10；当对其他命令回复时字节命令，如图11；二是校验和错误信息报告的命 令，如图12。

图13是本发明的故障仿真模拟系统的控制流程图。如图所示，指令由终端以 广播形式发出，当控制装置接收到指令数据包时，对数据包进行判断和解析，判 断收到数据包的地址字节和自己的地址是否一致，地址正确则计算校验和，与指 令中的校验和对比一致则按照模式和参数执行命令，并返回正确信息报告，不 一致则返回错误信息报告。然后，控制装置会发出相应的脉冲控制伺服电机的转 动。伺服电机一般需要20ms左右的时基脉冲，而脉冲的高电平部分一般为 0.5ms～2.5ms范围内的角度控制脉冲部分，以180度角度伺服为例，那么对应的控 制关系应该为：0.5ms对应0度；1.0ms对应45度；1.5ms对应90度；2.0ms对应 135度；2.5ms对应180度。所以只需要向伺服电机发送不同占空比的脉冲，就能 控制脉冲伺服电机转到不同的角度。本发明中选择伺服电机为日本双叶电子工业株 式会社(FUTABA)的S9001，其参数为：尺寸40.4*19.8*36mm重量48g，速度 0.18sec/60”(6V)，扭力5.2kg：cm(6V)，因此可完成水压力表0-270度的仿真转动。

此外，为了能长距离通讯并节省连线根数，终端和仿真压力表之间采用的是 RS-485协议通讯，RS-485的逻辑信号是由一对差分信号的电压差决定的，接口电 平低，不易损坏接口电路的芯片，并且与TTL电平兼容，可以方便的与TTL电路进 行连接。RS-485协议在逻辑上分成主设备和多个从设备，每个设备都有唯一的 地址，通讯只能在主设备和一个从设备之间进行数据包的传输。多个设备可以 如使用总线一样连接到这一对线上，终端发送的信息在所有的端点都能收到。 RS-485的数据最高传输速率为10Mbps，最大的传输距离标准为1200米。

本发明在普通压力表的基础上，将表针控制方式与微型计算机系统、微电 机控制装置及机械结构相结合为一体，制成智能模拟水压力表，可完成真实压 力表所有动作工况，能够仿真压力不稳时表针抖动的状态，同时，抖动的幅度和频 率可控，满足工况表达的要求。

使用时，可将本发明的仿真表放置于各设备处(也可将该仿真表放置在教室等 任何地方)，并通过电缆连接到控制室里的终端，终端将模拟设备故障信号的指令 发送给仿真表的控制装置，控制装置根据该指令控制伺服电机转动，从而使表针进 行相应的运动。技术人员可根据表针运动情况、转动的角度来判断设备出现的故障。 换言之，如果真实的设备中压力表(或温度表)的表针发生与本发明的仿真表的表 针运动相同的运动，则可据此得知设备所发生的故障类型。

本发明的仿真表能智能控制，具有成本较低、高仿真性和高稳定性的优点。

需要指出的是，虽然以仿真压力表为例描述了本发明，但应理解，本发明 也可适用于仿真温度表、仿真湿度表等。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的 上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等 价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。