力值计量的实时集成自动化系统

1、力值计量的实时集成自动化系统设想颜芳摘 要 简单介绍了力值计量的实时集成自动化系统的设计思想、构成、特点。关键词 力标准机 软件模块 PC机 数据库信息管理系统一、前言目前，我国计量事业与发达国家相比还有相当的差距，主要表现在两方面。第一、现有设备普遍陈旧，年久失修的较多。第二、计算机的运用水平比较落后，以PC机为核心的自动控制系统、信息处理系统没有得到推广应用。计量部门在局域网、数据库、管理决策系统的应用方面就更落后，大多数计量部门开发工作还处于手工操作水平。显然，我们与国外先进水平还存在一定差距。二、60 kN力标准机简介 力标准机是力学计量部门及衡器、冶金等部门广泛使用的标准计量设备，主

2、要用于检定各种传感器及量值传递。 机上配置小砝码5块，每块10kg ；大砝码11块，每块50kg；杠杆臂比为1:10,形成力值60kN。国内使用的国产设备普遍存在电控系统陈旧老化，不能正常可靠运转的情况。因此，我们的改造只能从电控系统入手，全面提高设备的功能和可靠性。几年来，我们在这方面进行了一些理论探索和技术储备，并查阅了大量的相关文献，形成了一个集控制及信息处理一体化的力值计量集成自动化系统的初步设想，它主要是一个软件系统，是指将用于控制设备实现自动化的软件模块与数据处理系统，数据库信息管理系统的模块，网络接口模块集成在一起具有多种独立功能的系统。下面分别介绍各个模块的功能。三、系统设计思

3、想系统设计必须具备以下几个方面。（1） 研制新型由PC程序控制的实时自动化系统，取代原有的继电器逻辑控制系统，使控制技术达到较高的水平。（2） 由于该类设备主要工作是检定各类传感器，输出电信号通常用数字电压表采集，因此将数字电压表本身所带的IEE488接口，加以开发利用研制数据自动采集系统。对于非电测类被校仪器，则可手工将数据送入PC进行处理，用户需要进自动打印原始记录和检定证书。（3） 设计数据库管理系统，对所有的计量数据统一登录，统一保存管理，可随时调阅并打印数据。为此需要该系统与自动采集系统集成在一起。此外还要求系统具有实时处理能力，对设备在运行过程中出现的各种问题，进行识别并及时处理，

4、确保运行安全可靠。为适应网络时代的要求，该系统留有网络接口，需要时可方便的接入，以便在不久的将来可以实现无纸办公，数据由网络传送，资源共享。据此。在硬件设计上，我们采用以PC机为核心作为上位机，采用可编程控制器（以下简称PLC）为下位机来直接控制设备运行，PLC整机抗干扰能力强，在国内外得广泛应用。PL机和PLC通过串行接口相连，组成主从式上下位机构。上位机在给下位机发布命令的同时，按照检定规程的要求通过IEEE488总线与程控数字电压表相连。程控数字电压表将采集到的信息传送给PC机，由PC机将数据送到数据库系统进行处理和存储。 系统软件设计上，采用目前流行的可视化编程工具MSVB5.0，可以

5、设计出非常漂亮流行的人机界面，该工具有专用的通信倥件，用于PC机与下位机通信，利用该工具提供的数据库引建立自己的数据库。数据采集是通过选择一块支持WindowsXP的IEEE488卡，将可程控的数字电压表与PC机连接起来，再编制一个专用的软件模块，组成数据采集系统。整个系统的硬件框图如图1所示。显示器限位信号光电偶合器限位信号60kN力标准机打印机PC机执行机构PLCIEEE488接口数字电压表平衡信号传感器输出图1四、硬件设计从图1上可看出硬件设计有以下几个部分1.电控系统的设计 PC机和PLC通过串行接口相连组成主从式上下位机构。PLC本身带有I/O接口板，用户可根据现场受控对象的多少，来

6、选择I/O接口板的块数，然后将本系统的I/O信号列一张表（图表略），把这些信号合理地分配给PLC。系统中全部采用光电传感器（又称光耦开关）。按砝码及限位开头总数选择相应数量光电开头。工作时，砝码之间的间隔是固定的，按此距离将光耦开关装在印刷电路板上，在砝码托盘底部，放置一个钢制挡片，这样当托盘向下运行时，挡片分别挡住光耦，将此信号变成串行信号PLC就实现了测控的目的。当机器工作时，必须始终保持杠杆平衡才能确保力值准确；当因砝码的加卸破坏了平衡后，由平衡信号传感器给PLC一个信号，告之是加载失衡还是卸载失衡，PLC马上启动相应电机使杠杆调成平衡。2.数据采集部分设计 这一部分是为检定各类电测式和

7、非电测式的仪器而设置的，检定传感器时，PL机经过IEEE488接口与数字电压表连在一起，组成数据采集系统。实际使用时，PC机将根据检定规程的程序要求， 一边通过PLC控制设备运行，一边将检定数据采集到计算机中存储起来。当检定非电测类仪器时，允许用户用手动方式向PC机中输入检定数据以便PC机处理。限于篇幅，硬件设计简介到此。五、软件系统设计软件系统具有如下几项功能：1.程序运行功能该功能设计有与用户交流界面，用户可将各种检定数据和参数通过界面输入给计算机。这里分别提供了两个界面，一个是自动运行界面，一个是手动运行界面。两个界面除上边提到的置入参数的功能外，区别主要是前者可对检定力级任意进行现场编

8、程，然后全自动运行；后者则是将各种砝码力级做成按钮放在屏幕上，选一级，加卸一级，实现单步运行，自动操作界面分别见图2。2.实时监控和报警功能当设置完毕进入运行阶段时，系统自动进入运行监控界面，将整个设备状态信息全面反映在界面上。同时监测设备是否可靠运行，当出现诸如超限位、过载等异常现象时，系统会迅速做出反应并自动进入安全处理。3.数据采集和处理系统该部分实现的功能，已在数据采集部分的设计部分介绍过，需要说明的是在检定程序完成后，系统会严格按规程上的要求自动运算之后，通过数据库管理打印证书和原始记录报表。系统管理模块被校仪器登录模块信息处理模块网络接口模块计量检定模块标准仪器登录模块自动检定模块

9、数据计算处理模块数据库管理模块打印报告生成模块手动单步检定模块IEEE488接口采集程序子程序 （1） 故障报警程序（2） 图24.数据库管理系统本系统有一套数据库管理系统，用户只要对被校仪器进行登录，在检定工作完成后，所有被校仪器都将在系统内自动保存，随时可以检索、打印。5.网络功能该系统适合构成局域网，当系统运行在WindowsNT平台之上时，可将PC接入网络，整个系统的资源，包括数据库当中的检定数据，可由网络用户共享，当然可通过设置访问和读、写授权，限制无关用户对数据库的读写。接入网络后，可加强计量检定的综合管理能力，比如系统每完成一件检定工作后，将根据收费标准计算费用，放到数据库的一个字段中，所有收费在此累加，管理部门可随时查阅生产部门的经营情况；另外一个优点就是节省了昂贵的外设，比如所有检定数据证书报表可集中到一个激光打印机上去打印。六、结束语综上所述，本系统先进性主要表现：可靠性和自动化程度高；计量检定的可靠性高；先进的数据库管理系统和网络接口功能可使计量部门改变传统工作方式，为无纸计量方式的开展创造了条件；扩展性能好，系统稍加改动便可适用于各种机型及实验机的改造。本系统的主要特点是：由于采用微机自