熱工群控自動(dòng)檢定系統(tǒng)及軟件設(shè)計(jì)

摘要：本文主要介紹了目前緊跟市場(chǎng)需求的熱工群控自動(dòng)檢定系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)，著重論述了群控檢定系統(tǒng)軟件所需要具備的重要模塊和通用組件配置的設(shè)計(jì)發(fā)展方向，就具體的TCM-6項(xiàng)目對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行了實(shí)踐并取得良好的效果。

關(guān)鍵詞：溫度，自動(dòng)檢定，熱電偶，熱電阻

Abstract: This paper mainly introduces the framework and software design of Multiple Thermal Auto-Calibration System which is popular in the market. It stresses the trend of the system software design: the function modules and universal components configuration. In TCM-6, all of these are carried out with good performance.

Keywords: Temperature,  Auto-Calibration,  Thermocouple,  Thermal Resistance,

0引言

熱工計(jì)量主要針對(duì)熱電偶、熱電阻、玻璃液體溫度計(jì)和二次儀表等傳感器和儀表進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)。之前很長(zhǎng)一段時(shí)間，大量的檢定和校驗(yàn)工作都是由手工完成的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，出現(xiàn)了不少基于計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的半自動(dòng)和自動(dòng)檢定系統(tǒng)。至今，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)熱電偶、熱電阻的大批量自動(dòng)檢定；對(duì)玻璃液體溫度計(jì)和二次儀表已經(jīng)有一些自動(dòng)檢定的實(shí)踐，但由于技術(shù)成熟度、成本控制以及市場(chǎng)因素，還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。本文主要介紹了目前緊跟市場(chǎng)需求的熱工群控自動(dòng)檢定系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。

1系統(tǒng)簡(jiǎn)介

自動(dòng)檢定系統(tǒng)依據(jù)國(guó)家現(xiàn)有的檢定規(guī)程，由數(shù)字電測(cè)儀表、可通訊低電勢(shì)多路掃描開(kāi)關(guān)、控溫儀、爐槽溫場(chǎng)設(shè)備以及計(jì)算機(jī)和打印機(jī)組成，通過(guò)配套系統(tǒng)軟件將各組件連接成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

為進(jìn)一步滿足用戶需要和降低用戶成本，熱工群控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成為時(shí)下的主流：一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一臺(tái)數(shù)字電測(cè)儀表，與多個(gè)掃描開(kāi)關(guān)、控溫儀和爐槽溫場(chǎng)設(shè)備構(gòu)成多爐/槽群控檢定系統(tǒng)，同時(shí)或者分時(shí)對(duì)被檢熱電偶和熱電阻進(jìn)行大批量檢定（如圖1所示）。

TCM-6熱工群控自動(dòng)檢定系統(tǒng)從－80℃到1600℃的溫度范圍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，主要用于標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、工業(yè)熱電偶、低溫?zé)犭娕肌⒐I(yè)熱電阻的檢定。系統(tǒng)可以同時(shí)控制多臺(tái)（1-8臺(tái)）恒溫源的控溫設(shè)備以及信號(hào)源等設(shè)備，且控溫對(duì)象廣泛，配套軟件根據(jù)以往的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)集合了以下幾大特點(diǎn)：

（1）允許在檢定時(shí)中途（意外）退出，已檢定數(shù)據(jù)不丟失。

（2）允許針對(duì)某一次檢定或者一支被檢追加檢定溫度點(diǎn)。

（3）能自動(dòng)判斷被檢偶、阻開(kāi)路或損壞以及正負(fù)極。

（4）檢定數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)期保存，可以隨時(shí)調(diào)出查閱以及數(shù)據(jù)回放。

（5）支持各種偶同爐混檢。支持鉑、銅熱電阻任意分度號(hào)以及二線、三線、四線同時(shí)檢定。

（6）設(shè)有到溫延時(shí)檢定功能，延時(shí)時(shí)間可靈活設(shè)置，提高了檢定數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。

（7）系統(tǒng)有多種冷端補(bǔ)償方法以方便用戶檢定不同規(guī)格直徑結(jié)構(gòu)熱電偶。

（8）系統(tǒng)具有各種熱電偶、熱電阻輔助計(jì)算功能，用戶無(wú)需再查分度表。

（9）熱電偶在不同溫度下的退火功能，退火時(shí)間可以任意調(diào)整。

（10）系統(tǒng)可以自動(dòng)效驗(yàn)，隨時(shí)提示那些部件需要提前送檢，確保系統(tǒng)可靠。

2軟件設(shè)計(jì)

如圖2所示，整個(gè)軟件設(shè)計(jì)以功能模塊為單位，主要架構(gòu)是根據(jù)用戶需要而設(shè)置的三條不同的檢定流程（下面有具體論述），配以周邊管理模塊。整體上達(dá)到模塊功能明確，用戶操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便和設(shè)備配置靈活的特點(diǎn)。下面針對(duì)軟件的重要功能模塊進(jìn)行具體表述。

（1）周邊管理模塊

周邊管理包括全局管理、人員管理、標(biāo)準(zhǔn)管理、爐槽管理和通用掃描開(kāi)關(guān)解決方案(USS)：

全局管理模塊主要是配置當(dāng)前系統(tǒng)的爐槽個(gè)數(shù)、使用單位名稱等信息。全局管理是定制系統(tǒng)的良好接口。人員管理模塊將人員根據(jù)系統(tǒng)的使用范圍劃分權(quán)限，管理員有最高權(quán)限；檢定員則不需要進(jìn)行周邊管理，只需使用常規(guī)的檢定功能。這樣更有利于系統(tǒng)的維護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)管理模塊管理著現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)需要可以添加、修改和刪除標(biāo)準(zhǔn)。使用的過(guò)期標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)會(huì)提示需要進(jìn)行送檢。爐槽管理模塊管理著當(dāng)前系統(tǒng)配置的檢定爐槽，包括爐槽控溫儀的通訊設(shè)置和PID參數(shù)等信息。

以上的周邊管理模塊是維護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的必要組成部分，系統(tǒng)的管理人員可以通過(guò)查看和更改這些模塊方便地管理維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)查詢模塊

用戶可以通過(guò)使用數(shù)據(jù)查詢模塊查詢指定批次或者指定被檢傳感器的檢定基本信息和原始記錄，通過(guò)調(diào)用通用證書(shū)解決方案(UCS)來(lái)打印原始記錄和檢定證書(shū)。

（3）檢定流程模塊

檢定流程在本系統(tǒng)軟件中分為三類：正常檢定流程、中途退出恢復(fù)流程和多次分度（追加）流程。在圖2所示的軟件流程中都有清晰顯示。流程的相互區(qū)別主要是配置一次檢定的途徑不同：

正常檢定流程需要用戶進(jìn)行檢定前檢定類型和使用標(biāo)準(zhǔn)的選擇，并填寫(xiě)基本信息和被檢信息；中途退出恢復(fù)流程是在系統(tǒng)重啟后，系統(tǒng)提示是否恢復(fù)上次沒(méi)有完成的檢定，如果用戶選擇“是”則恢復(fù)該檢定，“否”則放棄恢復(fù)，一并刪除該次檢定的相關(guān)記錄；多次分度（追加）流程是在某次檢定完成后，對(duì)該次檢定重新分度，或者對(duì)該次檢定或其中某只被檢添加檢定溫度點(diǎn)后重新檢定，目的是增加了用戶對(duì)檢定設(shè)置的靈活性。

以上三種流程最終都會(huì)進(jìn)入如圖3所示的檢定主界面，主界面左側(cè)顯示該次檢定的基本信息和標(biāo)準(zhǔn)信息；右上是曲線/參數(shù)顯示和檢定操作；右中是該檢定的原始數(shù)據(jù)顯示；右下是該次檢定的被檢傳感器信息。其中切換曲線顯示上方的“分頁(yè)卡”可以查看在檢的其他爐槽情況。

在多爐槽同時(shí)檢定時(shí)，系統(tǒng)軟件會(huì)輪番掃描各個(gè)爐槽中標(biāo)準(zhǔn)指示的當(dāng)前爐槽溫度，并監(jiān)控各個(gè)爐槽的溫場(chǎng)是否達(dá)到當(dāng)前檢定點(diǎn)的檢定要求，如果某一個(gè)爐槽率先達(dá)到，則采樣當(dāng)前爐槽，采樣完成詢問(wèn)用戶是否保存當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)，保存后升溫下一個(gè)檢定點(diǎn)（對(duì)于恒溫槽設(shè)備可用人工設(shè)置或自動(dòng)設(shè)置兩種方式），重新進(jìn)入監(jiān)控各個(gè)爐槽溫場(chǎng)的階段，直到所有檢定爐槽的所有溫度點(diǎn)檢定完畢。

（4）通用掃描開(kāi)關(guān)解決方案(USS)

由于用戶對(duì)于群控需求，開(kāi)發(fā)者在編制系統(tǒng)配套軟件時(shí)已經(jīng)不能僅僅考慮一臺(tái)掃描開(kāi)關(guān)設(shè)備，而需要將多臺(tái)掃描開(kāi)關(guān)當(dāng)作一個(gè)整體去統(tǒng)一管理和配置，目的是提高掃描開(kāi)關(guān)的利用率并減少因?yàn)橥瑫r(shí)檢定造成的過(guò)度切換磨損。

于是提出通用掃描開(kāi)關(guān)解決方案(Universal Switch Solution，簡(jiǎn)稱USS)。USS需要把不同規(guī)格的掃描開(kāi)關(guān)作為一個(gè)整體統(tǒng)一管理與配置，因此在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)需要盡量完整地考慮其不同之處并進(jìn)行詳盡區(qū)分，進(jìn)而針對(duì)不同的掃描開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)統(tǒng)一的處理模式，在程序編制的時(shí)候就不用考慮因掃描開(kāi)關(guān)類型不同帶來(lái)的代碼修改，從而實(shí)現(xiàn)解決方案的通用性。

（5）通用證書(shū)解決方案(UCS)

現(xiàn)有的自動(dòng)檢定系統(tǒng)針對(duì)證書(shū)的解決方案一般有如下兩種方式：一個(gè)是設(shè)計(jì)統(tǒng)一的原始記錄和證書(shū)的模板，另一個(gè)是針對(duì)用戶提供的原始記錄和證書(shū)模板編制專門(mén)的程序模塊。前一種方式提供用戶關(guān)注的絕大多數(shù)數(shù)據(jù)，并使用統(tǒng)一的模板，但用戶常常有自己的特殊要求，統(tǒng)一模板不能一一滿足這些要求；而為滿足不同用戶的特殊要求，對(duì)每個(gè)用戶專門(mén)設(shè)計(jì)的證書(shū)打印模塊，則對(duì)程序版本的維護(hù)非常不利，且安裝與部署不同的客戶工作量較大。

于是提出通用證書(shū)解決方案(Universal Certification Solution，簡(jiǎn)稱UCS)，這一解決方案提供用戶在檢定之前輸入的信息、通過(guò)采樣和計(jì)算得到的結(jié)果信息以及其他周邊信息，并以統(tǒng)一的格式告知用戶這些信息的提取方法和接口文檔。用戶只需要根據(jù)這些文檔，在示例模板的基礎(chǔ)上調(diào)用需要顯示在原始記錄和檢定證書(shū)的信息，定制出自己的模板。

3總結(jié)

TCM-6熱工群控自動(dòng)檢定系統(tǒng)，功能上實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)爐槽的同時(shí)與分時(shí)檢定；系統(tǒng)軟件在模塊化和通用組件配置方面進(jìn)行了有效的實(shí)踐。在設(shè)計(jì)階段本著從用戶需求出發(fā)，人機(jī)界面根據(jù)以往系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)出滿足用戶使用方便的功能特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)用戶操作簡(jiǎn)單、周邊維護(hù)方便、系統(tǒng)配置靈活。

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