PLC和虛擬儀器技術(shù)的真空計電參數(shù)檢定系統(tǒng)的軟件設(shè)計

1、PLC和虛擬儀器技術(shù)的真空計電參數(shù)檢定系統(tǒng)的軟件設(shè)計 真空計電參數(shù)是電離真空計的柵極電壓、陰極電壓、發(fā)射電流和離子流，熱偶真空計的加熱電流和熱電勢的統(tǒng)稱。真空計電參數(shù)檢定裝置用于真空計電參數(shù)的計量檢定。文章闡述了所編制的基于PLC技術(shù)的真空計電參數(shù)系統(tǒng)的T形圖控制程序設(shè)計，觸摸屏控制程序設(shè)計及基于Labview實現(xiàn)PLC控制和系統(tǒng)控制的自動化計量軟件。系統(tǒng)可實現(xiàn)通過觸摸屏和上位機(jī)控制真空計電參數(shù)檢定系統(tǒng)，實現(xiàn)檢定數(shù)據(jù)的自動處理，報告自動生成。 真空技術(shù)是20世紀(jì)初發(fā)展起來的一門新的技術(shù)學(xué)科，隨著科技的進(jìn)步，真空技術(shù)作為一門實用的根底科技應(yīng)用范圍日益廣泛。真空計電參數(shù)是電離真空計的柵極電壓、陰極

2、電壓、發(fā)射電流和離子流，熱偶真空計的加熱電流和熱電勢的統(tǒng)稱。作者針對目前快速發(fā)展的型號計量需求，研制了自動化程度高的真空計電參數(shù)檢定裝置，并編制了相關(guān)軟件。文章闡述了針對裝置所編制的相關(guān)軟件的設(shè)計，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)控制計量軟件。 1、裝置介紹 真空計電參數(shù)檢定裝置主要包括熱偶計電參數(shù)檢定部分和電離計檢定部分，兩部分既相互獨立，又可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)共同分享同一臺電源和多用數(shù)字表。其各部分原理和構(gòu)成如下所示。 1.1、裝置的熱偶計電參數(shù)檢定部分 該裝置的熱偶計電參數(shù)檢定部分示意圖如圖1所示，圖中長絲電阻和短絲電阻分別等效長絲熱偶規(guī)和短絲

3、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。在檢定過程中，首先根據(jù)被檢熱偶計的類型通過開關(guān)切換選擇長絲還是短絲，然后選擇供電電源的方向，最后調(diào)節(jié)被檢真空計加熱電流，通過檢定裝置測量真空計的加熱電流;調(diào)節(jié)檢定裝置的毫伏值輸出，使被檢真空計滿偏至0.1Pa，測量此時的毫伏值。進(jìn)而根據(jù)檢規(guī)對數(shù)據(jù)開展處理，判定。 圖1裝置的熱偶計電參數(shù)檢定部分原理圖 1.2、電離計電參數(shù)檢定部分 該裝置的電離計電參數(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、電離計接口和真空規(guī)管等。圖中R1和R2分別為等值的精細(xì)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

4、為1041012，通過調(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。在具體檢定過程中，通過測量R1和R2之間的點對地的電壓可以得出真空計陰極電壓值;通過測量柵極對地的電壓可以得出真空計的柵極電壓;通過測量柵極到地的電流可以得出真空計的發(fā)射電流;將標(biāo)準(zhǔn)離子流的模擬量輸入真空計，通過式(1)可以得到真空計的離子流示值。 式中：I+為真空計離子流示值，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為真空計的發(fā)射電流。 進(jìn)而根據(jù)檢規(guī)對數(shù)據(jù)開展處理，判定。 圖2裝置的熱偶計電參數(shù)檢定部分原理圖 1.3、電阻計電參數(shù)檢定部分 電阻計電參數(shù)的檢定是一種定性的功能性檢定，將真空計連接一個未*的電

5、阻規(guī)，調(diào)節(jié)真空計的零點調(diào)節(jié)電位器，觀察真空計的零點是否可調(diào);將真空計連接一個*的電阻規(guī)暴露至大氣狀態(tài)，調(diào)節(jié)真空計的滿度調(diào)節(jié)電位器，觀察真空計的滿度是否可調(diào)。 2、軟件設(shè)計 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化計量控制軟件。 2.1、PLC的控制程序 PLC是真空計電參數(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開展人機(jī)對話，它是開發(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溟_展控制，CXprogrammer 編程軟件是基于視窗的編程軟件，以高效的多程序開發(fā)環(huán)境提供豐富的監(jiān)控和調(diào)試功能

6、。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HostLink4。離線操作可完成編程、I/O 內(nèi)存編輯、創(chuàng)立I/O表，設(shè)定PLC參數(shù)、打印、修改程序等工作。在該項目中采用CX-programmer軟件對其PLC開展編程控制。在編程之前首先要對各開關(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光量的邏輯關(guān)系，借助軟點過渡可以編制程序?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)控制。程序包括“符號”欄的數(shù)據(jù)類型、開關(guān)量地址、使用類型和對應(yīng)開關(guān)的設(shè)置。完成以上兩項設(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，涉及軟點和硬點共700多個，通過

7、順序、互鎖等構(gòu)造建立邏輯關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)PLC的控制。 圖3T形圖程序 2.2、觸摸屏控制程序 觸摸屏是近年來快速發(fā)展起來并得到廣泛應(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)或菜單位置來定位信息輸入。觸摸屏有觸摸檢測部位和觸摸屏控制器組成。采用NP-Designer組態(tài)軟件開展觸摸屏程序編制，是一種快速構(gòu)造和生成嵌入式計算機(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平臺上運行。如圖4是該軟件的操作界面。通過界面設(shè)計，按鈕屬性設(shè)計和地址設(shè)計最終實現(xiàn)通過觸摸屏對

8、PLC的控制。 圖4NP-Designer組態(tài)軟件操作界面 2.3、Labview計量控制軟件 Labview是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器(NI)公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是Labview與其他計算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而Labview使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。如圖5所示為基于Labview軟件一個簡單報表生成程序。 圖5報表生成程序 NI公司為用戶提供了基于Labview的各類儀器驅(qū)動程序，如數(shù)字多用表吉時利2000等都有相應(yīng)的基于Labview 的驅(qū)動程序。應(yīng)用這些驅(qū)動程序大大提高了程序

9、編制的速度和效率。但需要注意的是有些驅(qū)動程序模塊與實際應(yīng)用有一定差距，需要使用者對其修改或者利用VISA自行編制。 Labview的對PLC的控制可以通過圖7所示的串口命令格式來實現(xiàn)，當(dāng)PLC接收命令并且正常時，以圖6的應(yīng)答命令格式回復(fù)，從而實現(xiàn)通信。從上位機(jī)發(fā)來的命令幀時，自動返回應(yīng)答幀，幀的各部分意義為：表示幀的開始;“節(jié)點號用于識別上位機(jī)所連接PLC的地址?！白R別碼”為2個字符的命令碼;“正文”用于設(shè)置命令參數(shù)，例如需要讀寫的內(nèi)存地址等：FCS為2個字符的幀校驗碼;終止符為固定的兩個字符，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”，若有錯誤則返回

10、錯誤代碼。 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、電阻計檢定模塊、熱偶計檢定模塊、電離計檢定模塊和報告生成模塊五大部分構(gòu)成。結(jié)合”LabVIEWReportGenerationToolkitforMicrosoftOffice”及word中書簽和域的使用，能應(yīng)用于單通道熱偶計、雙通道熱偶計、電阻電離復(fù)合計、熱偶電離復(fù)合計、單電離計和雙電離計的檢定，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動處理、原始記錄和證書的自動生成。其程序設(shè)計流程圖如圖7所示。 圖7真空計電參數(shù)檢定程序流程圖 2.4、程序效果分析 實際工作中應(yīng)用程序檢定真空計電參數(shù)說明其效率可提高50%，采用自動檢定系統(tǒng)無疑會大大降低計量人員的勞動強(qiáng)度，節(jié)約時間，提高效率。 3、結(jié)束語 本文表達(dá)了真空計電參數(shù)的檢定系統(tǒng)設(shè)計中PLC技術(shù)的應(yīng)用及其自動化控制計量程序。程序具有較強(qiáng)實用性和通用性，針對真空計電參數(shù)計量過程復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理繁瑣等特點，在基本信息的錄入中可以防止很多人工重復(fù)的勞動;在數(shù)據(jù)處理過程中通過程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)自動運算，自動判定給出結(jié)論，并按照一定的格式存儲，從而有效地提高了勞動效率。依托程序框架