熱工群控自動檢定系統(tǒng)及軟件設(shè)計

摘要：本文主要介紹了目前緊跟市場需求的熱工群控自動檢定系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)和軟件設(shè)計，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)計發(fā)展方向，就具體的TCM-6項目對以上內(nèi)容進行了實踐并取得良好的效果。

關(guān)鍵詞：溫度，自動檢定，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

熱工計量主要針對熱電偶、熱電阻、玻璃液體溫度計和二次儀表等傳感器和儀表進行檢定和校準。之前很長一段時間，大量的檢定和校驗工作都是由手工完成的。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和普及，出現(xiàn)了不少基于計算機測控技術(shù)的半自動和自動檢定系統(tǒng)。至今，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)熱電偶、熱電阻的大批量自動檢定；對玻璃液體溫度計和二次儀表已經(jīng)有一些自動檢定的實踐，但由于技術(shù)成熟度、成本控制以及市場因素，還沒有得到廣泛應(yīng)用。本文主要介紹了目前緊跟市場需求的熱工群控自動檢定系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)和軟件設(shè)計。

1系統(tǒng)簡介

自動檢定系統(tǒng)依據(jù)國家現(xiàn)有的檢定規(guī)程，由數(shù)字電測儀表、可通訊低電勢多路掃描開關(guān)、控溫儀、爐槽溫場設(shè)備以及計算機和打印機組成，通過配套系統(tǒng)軟件將各組件連接成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

為進一步滿足用戶需要和降低用戶成本，熱工群控系統(tǒng)的開發(fā)成為時下的主流：一臺計算機和一臺數(shù)字電測儀表，與多個掃描開關(guān)、控溫儀和爐槽溫場設(shè)備構(gòu)成多爐/槽群控檢定系統(tǒng)，同時或者分時對被檢熱電偶和熱電阻進行大批量檢定（如圖1所示）。

TCM-6熱工群控自動檢定系統(tǒng)從－80℃到1600℃的溫度范圍實現(xiàn)自動控制，主要用于標準熱電偶、工業(yè)熱電偶、低溫?zé)犭娕肌⒐I(yè)熱電阻的檢定。系統(tǒng)可以同時控制多臺（1-8臺）恒溫源的控溫設(shè)備以及信號源等設(shè)備，且控溫對象廣泛，配套軟件根據(jù)以往的系統(tǒng)軟件設(shè)計經(jīng)驗集合了以下幾大特點：

（1）允許在檢定時中途（意外）退出，已檢定數(shù)據(jù)不丟失。

（2）允許針對某一次檢定或者一支被檢追加檢定溫度點。

（3）能自動判斷被檢偶、阻開路或損壞以及正負極。

（4）檢定數(shù)據(jù)可以長期保存，可以隨時調(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以及二線、三線、四線同時檢定。

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

（7）系統(tǒng)有多種冷端補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、熱電阻輔助計算功能，用戶無需再查分度表。

（9）熱電偶在不同溫度下的退火功能，退火時間可以任意調(diào)整。

（10）系統(tǒng)可以自動效驗，隨時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

如圖2所示，整個軟件設(shè)計以功能模塊為單位，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。整體上達到模塊功能明確，用戶操作簡單，維護方便和設(shè)備配置靈活的特點。下面針對軟件的重要功能模塊進行具體表述。

（1）周邊管理模塊

周邊管理包括全局管理、人員管理、標準管理、爐槽管理和通用掃描開關(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。標準管理模塊管理著現(xiàn)有的標準，根據(jù)需要可以添加、修改和刪除標準。使用的過期標準系統(tǒng)會提示需要進行送檢。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系統(tǒng)正常運行的必要組成部分，系統(tǒng)的管理人員可以通過查看和更改這些模塊方便地管理維護整個系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)查詢模塊

用戶可以通過使用數(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，通過調(diào)用通用證書解決方案(UCS)來打印原始記錄和檢定證書。

（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行檢定前檢定類型和使用標準的選擇，并填寫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，對該次檢定重新分度，或者對該次檢定或其中某只被檢添加檢定溫度點后重新檢定，目的是增加了用戶對檢定設(shè)置的靈活性。

以上三種流程最終都會進入如圖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準信息；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“分頁卡”可以查看在檢的其他爐槽情況。

在多爐槽同時檢定時，系統(tǒng)軟件會輪番掃描各個爐槽中標準指示的當(dāng)前爐槽溫度，并監(jiān)控各個爐槽的溫場是否達到當(dāng)前檢定點的檢定要求，如果某一個爐槽率先達到，則采樣當(dāng)前爐槽，采樣完成詢問用戶是否保存當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)，保存后升溫下一個檢定點（對于恒溫槽設(shè)備可用人工設(shè)置或自動設(shè)置兩種方式），重新進入監(jiān)控各個爐槽溫場的階段，直到所有檢定爐槽的所有溫度點檢定完畢。

（4）通用掃描開關(guān)解決方案(USS)

由于用戶對于群控需求，開發(fā)者在編制系統(tǒng)配套軟件時已經(jīng)不能僅僅考慮一臺掃描開關(guān)設(shè)備，而需要將多臺掃描開關(guān)當(dāng)作一個整體去統(tǒng)一管理和配置，目的是提高掃描開關(guān)的利用率并減少因為同時檢定造成的過度切換磨損。

于是提出通用掃描開關(guān)解決方案(Universal Switch Solution，簡稱USS)。USS需要把不同規(guī)格的掃描開關(guān)作為一個整體統(tǒng)一管理與配置，因此在設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時需要盡量完整地考慮其不同之處并進行詳盡區(qū)分，進而針對不同的掃描開關(guān)設(shè)計統(tǒng)一的處理模式，在程序編制的時候就不用考慮因掃描開關(guān)類型不同帶來的代碼修改，從而實現(xiàn)解決方案的通用性。

（5）通用證書解決方案(UCS)

現(xiàn)有的自動檢定系統(tǒng)針對證書的解決方案一般有如下兩種方式：一個是設(shè)計統(tǒng)一的原始記錄和證書的模板，另一個是針對用戶提供的原始記錄和證書模板編制專門的程序模塊。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，對每個用戶專門設(shè)計的證書打印模塊，則對程序版本的維護非常不利，且安裝與部署不同的客戶工作量較大。

于是提出通用證書解決方案(Universal Certification Solution，簡稱UCS)，這一解決方案提供用戶在檢定之前輸入的信息、通過采樣和計算得到的結(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的信息，定制出自己的模板。

3總結(jié)

TCM-6熱工群控自動檢定系統(tǒng)，功能上實現(xiàn)了多臺爐槽的同時與分時檢定；系統(tǒng)軟件在模塊化和通用組件配置方面進行了有效的實踐。在設(shè)計階段本著從用戶需求出發(fā)，人機界面根據(jù)以往系統(tǒng)軟件設(shè)計的經(jīng)驗，開發(fā)出滿足用戶使用方便的功能特點，強調(diào)用戶操作簡單、周邊維護方便、系統(tǒng)配置靈活。

參考文獻：

[1] 國防科工委科技與質(zhì)量司，熱學(xué)計量（計量培訓(xùn)教材）[M].北京：原子能出版社，2002年.

[2] JJG75-1995 《標準鉑銠10-鉑熱電偶檢定規(guī)程》

[3] JJG167-1995《工作用鉑銠30-鉑銠6熱電偶檢定規(guī)程》

[4] JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》

[5] JJG141-2000《工作用貴金屬熱電偶檢定規(guī)程》

[6] JJG229-1998《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》

[7] JJF1098-2003《熱電偶、熱電阻自動測量系統(tǒng)系統(tǒng)校準規(guī)范》