真空計(jì)電參數(shù)是電離真空計(jì)的柵極電壓、陰極電壓、發(fā)射電流和離子流，熱偶真空計(jì)的加熱電流和熱電勢(shì)的統(tǒng)稱。真空計(jì)電參數(shù)檢定裝置用于真空計(jì)電參數(shù)的計(jì)量檢定。文章闡述了所編制的基于PLC技術(shù)的真空計(jì)電參數(shù)系統(tǒng)的T形圖控制程序設(shè)計(jì)，觸摸屏控制程序設(shè)計(jì)及基于Labview實(shí)現(xiàn)PLC控制和系統(tǒng)控制的自動(dòng)化計(jì)量軟件。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)通過(guò)觸摸屏和上位機(jī)控制真空計(jì)電參數(shù)檢定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢定數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理，報(bào)告自動(dòng)生成。

　　真空技術(shù)是20世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的一門新的技術(shù)學(xué)科，隨著科技的進(jìn)步，真空技術(shù)作為一門實(shí)用的基礎(chǔ)科技應(yīng)用范圍日益廣泛。真空計(jì)電參數(shù)是電離真空計(jì)的柵極電壓、陰極電壓、發(fā)射電流和離子流，熱偶真空計(jì)的加熱電流和熱電勢(shì)的統(tǒng)稱。作者針對(duì)目前快速發(fā)展的型號(hào)計(jì)量需求，研制了自動(dòng)化程度高的真空計(jì)電參數(shù)檢定裝置，并編制了相關(guān)軟件。文章闡述了針對(duì)裝置所編制的相關(guān)軟件的設(shè)計(jì)，包括核心部件之一的PLC的T形圖控制軟件，觸摸屏控制軟件和基于Labview的系統(tǒng)控制計(jì)量軟件。

1、裝置介紹

　　真空計(jì)電參數(shù)檢定裝置主要包括熱偶計(jì)電參數(shù)檢定部分和電離計(jì)檢定部分，兩部分既相互獨(dú)立，又可通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)共同分享同一臺(tái)電源和多用數(shù)字表。其各部分原理和構(gòu)成如下所示。

1.1、裝置的熱偶計(jì)電參數(shù)檢定部分

　　該裝置的熱偶計(jì)電參數(shù)檢定部分示意圖如圖1所示，圖中長(zhǎng)絲電阻和短絲電阻分別等效長(zhǎng)絲熱偶規(guī)和短絲熱偶規(guī)的加熱燈絲，電阻R 等效熱偶規(guī)的熱電偶燈絲的電阻。在檢定過(guò)程中，首先根據(jù)被檢熱偶計(jì)的類型通過(guò)開(kāi)關(guān)切換選擇長(zhǎng)絲還是短絲，然后選擇供電電源的方向，最后調(diào)節(jié)被檢真空計(jì)加熱電流，通過(guò)檢定裝置測(cè)量真空計(jì)的加熱電流;調(diào)節(jié)檢定裝置的毫伏值輸出，使被檢真空計(jì)滿偏至0.1Pa，測(cè)量此時(shí)的毫伏值。進(jìn)而根據(jù)檢規(guī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判定。

圖1　裝置的熱偶計(jì)電參數(shù)檢定部分原理圖

1.2、電離計(jì)電參數(shù)檢定部分

　　該裝置的電離計(jì)電參數(shù)檢定部分的示意圖如圖2所示，該部分主要包括直流電源、等效電路、數(shù)字表、電離計(jì)接口和真空規(guī)管等。圖中R1和R2分別為等值的精密電阻，其阻值必須大于陰極內(nèi)阻的10倍。高阻網(wǎng)絡(luò)阻值分檔可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍為104～1012Ω，通過(guò)調(diào)節(jié)高阻網(wǎng)絡(luò)兩端的電壓可以得到離子流的模擬量。在具體檢定過(guò)程中，通過(guò)測(cè)量R1和R2之間的點(diǎn)對(duì)地的電壓可以得出真空計(jì)陰極電壓值;通過(guò)測(cè)量柵極對(duì)地的電壓可以得出真空計(jì)的柵極電壓;通過(guò)測(cè)量柵極到地的電流可以得出真空計(jì)的發(fā)射電流;將標(biāo)準(zhǔn)離子流的模擬量輸入真空計(jì)，通過(guò)式(1)可以得到真空計(jì)的離子流示值。

　　式中：I+為真空計(jì)離子流示值，K 為真空規(guī)管的靈敏度系數(shù)，P 為真空規(guī)管所處的壓力值，Ie為真空計(jì)的發(fā)射電流。

　　進(jìn)而根據(jù)檢規(guī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判定。

圖2　裝置的熱偶計(jì)電參數(shù)檢定部分原理圖

1.3、電阻計(jì)電參數(shù)檢定部分

　　電阻計(jì)電參數(shù)的檢定是一種定性的功能性檢定，將真空計(jì)連接一個(gè)未開(kāi)封的電阻規(guī)，調(diào)節(jié)真空計(jì)的零點(diǎn)調(diào)節(jié)電位器，觀察真空計(jì)的零點(diǎn)是否可調(diào);將真空計(jì)連接一個(gè)開(kāi)封的電阻規(guī)暴露至大氣狀態(tài)，調(diào)節(jié)真空計(jì)的滿度調(diào)節(jié)電位器，觀察真空計(jì)的滿度是否可調(diào)。

2、軟件設(shè)計(jì)

　　軟件部分主要包括PLC的T 形圖控制程序，觸摸屏控制程序和自動(dòng)化計(jì)量控制軟件。

2.1、PLC的控制程序

　　PLC是真空計(jì)電參數(shù)裝置的核心組成部件之一。編程軟件的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可以在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，它是開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的工具。PLC采用T形圖程序?qū)ζ溥M(jìn)行控制，CXprogrammer

　　編程軟件是基于視窗的編程軟件，以高效的多程序開(kāi)發(fā)環(huán)境提供豐富的監(jiān)控和調(diào)試功能。其連接方式是CPU 單元外部設(shè)備接口或內(nèi)置RS-222C端口。與PLC通信的協(xié)議是外部設(shè)備總線或Host　Link[4]。離線操作可完成編程、I/O 內(nèi)存編輯、創(chuàng)建I/O表，設(shè)定PLC參數(shù)、打印、修改程序等工作。在該項(xiàng)目中采用CX-programmer軟件對(duì)其PLC進(jìn)行編程控制。在編程之前首先要對(duì)各開(kāi)關(guān)量分配地址。

　　根據(jù)地址分配表和總的裝配接線圖可以確定各開(kāi)光量的邏輯關(guān)系，借助軟點(diǎn)過(guò)渡可以編制程序?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)控制。程序包括“符號(hào)”欄的數(shù)據(jù)類型、開(kāi)關(guān)量地址、使用類型和對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的設(shè)置。完成以上兩項(xiàng)設(shè)置后，可以按照地址配置和邏輯關(guān)系編制T形程序圖，如圖3示。在該T形圖程序中，涉及軟點(diǎn)和硬點(diǎn)共700多個(gè)，通過(guò)順序、互鎖等結(jié)構(gòu)建立邏輯關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)PLC的控制。

圖3　T形圖程序

2.2、觸摸屏控制程序

　　觸摸屏是近年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)并得到廣泛應(yīng)用的新一代人機(jī)交互設(shè)備，觸摸屏的出現(xiàn)使得工業(yè)可視化控制得到實(shí)現(xiàn)。首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來(lái)定位信息輸入。觸摸屏有觸摸檢測(cè)部位和觸摸屏控制器組成。采用NP-Designer組態(tài)軟件進(jìn)行觸摸屏程序編制，是一種快速構(gòu)造和生成嵌入式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它的組態(tài)環(huán)境能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺(tái)上運(yùn)行。如圖4是該軟件的操作界面。通過(guò)界面設(shè)計(jì)，按鈕屬性設(shè)計(jì)和地址設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)觸摸屏對(duì)PLC的控制。

圖4　NP-Designer組態(tài)軟件操作界面

2.3、Labview計(jì)量控制軟件

　　Labview是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司研制開(kāi)發(fā)的，類似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是Labview與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而Labview使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。如圖5所示為基于Labview軟件一個(gè)簡(jiǎn)單報(bào)表生成程序。

圖5　報(bào)表生成程序

　　NI公司為用戶提供了基于Labview的各類儀器驅(qū)動(dòng)程序，如數(shù)字多用表吉時(shí)利2000等都有相應(yīng)的基于Labview 的驅(qū)動(dòng)程序。應(yīng)用這些驅(qū)動(dòng)程序大大提高了程序編制的速度和效率。但需要注意的是有些驅(qū)動(dòng)程序模塊與實(shí)際應(yīng)用有一定差距，需要使用者對(duì)其修改或者利用VISA自行編制。

　　Labview的對(duì)PLC的控制可以通過(guò)圖7所示的串口命令格式來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)PLC接收命令并且正常時(shí)，以圖6的應(yīng)答命令格式回復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)通信。從上位機(jī)發(fā)來(lái)的命令幀時(shí)，自動(dòng)返回應(yīng)答幀，幀的各部分意義為：‘@’表示幀的開(kāi)始;“節(jié)點(diǎn)號(hào)’用于識(shí)別上位機(jī)所連接PLC的地址。“識(shí)別碼”為2個(gè)字符的命令碼;“正文”用于設(shè)置命令參數(shù)，例如需要讀寫(xiě)的內(nèi)存地址等：‘'FCS'’為2個(gè)字符的幀校驗(yàn)碼;終止符為固定的兩個(gè)字符，表示命令幀或應(yīng)答幀的結(jié)束，應(yīng)答幀的結(jié)束碼返回命令的執(zhí)行狀態(tài)，若一切正常則返回“00”，若有錯(cuò)誤則返回錯(cuò)誤代碼。

圖6　串口命令格式及其應(yīng)答格式

　　主程序主要由被檢儀表信息輸入模塊、電阻計(jì)檢定模塊、熱偶計(jì)檢定模塊、電離計(jì)檢定模塊和報(bào)告生成模塊五大部分構(gòu)成。結(jié)合”LabVIEW　ReportGeneration　Toolkit　for　Microsoft　Office”及word中書(shū)簽和域的使用，能應(yīng)用于單通道熱偶計(jì)、雙通道熱偶計(jì)、電阻電離復(fù)合計(jì)、熱偶電離復(fù)合計(jì)、單電離計(jì)和雙電離計(jì)的檢定，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理、原始記錄和證書(shū)的自動(dòng)生成。其程序設(shè)計(jì)流程圖如圖7所示。

圖7　真空計(jì)電參數(shù)檢定程序流程圖

2.4、程序效果分析

　　實(shí)際工作中應(yīng)用程序檢定真空計(jì)電參數(shù)表明其效率可提高50%，采用自動(dòng)檢定系統(tǒng)無(wú)疑會(huì)大大降低計(jì)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約時(shí)間，提高效率。

3、結(jié)束語(yǔ)

　　本文敘述了真空計(jì)電參數(shù)的檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)中PLC技術(shù)的應(yīng)用及其自動(dòng)化控制計(jì)量程序。程序具有較強(qiáng)實(shí)用性和通用性，針對(duì)真空計(jì)電參數(shù)計(jì)量過(guò)程復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理繁瑣等特點(diǎn)，在基本信息的錄入中可以避免很多人工重復(fù)的勞動(dòng);在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)運(yùn)算，自動(dòng)判定給出結(jié)論，并按照一定的格式存儲(chǔ)，從而有效地提高了勞動(dòng)效率。依托程序框架和其中較通用的模塊，可以較方便擴(kuò)展到真空等計(jì)量專業(yè)的自動(dòng)化檢定/校準(zhǔn)中。

　　隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化程序應(yīng)用前景十分廣闊，目前我們還有很多工作有待開(kāi)展、完善。比如可以結(jié)合Office數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，充分利用已有的信息記錄為我們所用，縮短整個(gè)檢定過(guò)程所需的時(shí)間，提高準(zhǔn)確性和效率。有理由相信，自動(dòng)化技術(shù)在未來(lái)計(jì)量工作中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。