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1 引言

    鐘罩式氣體計量器是標(biāo)定氣體流量儀表的標(biāo)準(zhǔn)裝置，是以鐘罩內(nèi)有效容積作為標(biāo)準(zhǔn)體積，當(dāng)鐘罩下降時，排出鐘罩內(nèi)的氣體經(jīng)測試管道通往被檢表，比較鐘罩內(nèi)排出的氣體與被檢表指示的氣體體積，求取儀表的精度。鐘罩式氣體計量檢定系統(tǒng)主要有三種工作形式：（1）手動檢測、直讀式;（2）半自動檢測（配有流量積算儀）;（3）全自動檢測（計算機控制）完成對整個檢測過程的自動控制。詳細(xì)介紹全自動過程的實現(xiàn)方法。它采用計算機和PLC技術(shù)進行檢測，脈沖數(shù)據(jù)采集選用高精度、高可靠性的光電雙向編碼器，來實現(xiàn)用氣體計量器進行氣體流量儀表的自動測量、記錄、檢定。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

2.1系統(tǒng)組成

    鐘罩式氣體計量裝置自動控制系統(tǒng)有：標(biāo)準(zhǔn)裝置、計算機、PLC可編程控制器、靜音空氣壓縮機、光電雙向編碼器、電磁閥等組成。

2.2系統(tǒng)工作原理

    該系統(tǒng)是利用鐘罩式氣體計量器，提供一個壓力穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)體積氣源，采用光電雙向編碼器為鐘罩量筒的位置傳感元件、電磁閥為控制元件，通過程序設(shè)定來實現(xiàn)定量排氣，并完成檢測過程的自動控制，使之成為校驗氣體儀表的自動標(biāo)準(zhǔn)裝置。

2.3 實現(xiàn)方法

   （1）根據(jù)下表1輸入理論儀表系數(shù)

                                         表 1
                     

   （2）根據(jù)鐘罩式氣體計量器檢定證書的實際高度所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容積值，測出提升脈沖數(shù)。

   （3）實際測量儀表系數(shù)K

    儀表系數(shù)K=（（H12-H11）＊Q1）/（（H2-H1）＊|F1-F2|（單位：升/個脈沖））

    （H1、H2、H11、H12、F1、F2—第一、二次上升、下降高度及所對應(yīng)的頻率。Q1—鐘罩標(biāo)稱容積。）

    重復(fù)上述過程計算出10個儀表系數(shù)后取平均值，就是實際儀表系數(shù)K。

    最后根據(jù)公式：Q=K＊f （Q—標(biāo)準(zhǔn)容積;K—實際儀表系數(shù);f——標(biāo)準(zhǔn)容積所對應(yīng)的脈沖數(shù)）得出所需要的標(biāo)準(zhǔn)容積。

系統(tǒng)原理框圖如圖1。

     

                                       圖1 系統(tǒng)原理框圖

3 硬件配置

3.1 光電雙向編碼器

    光電雙向編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成電脈沖信號的傳感器。其原理框圖如圖2。為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90?的兩路脈沖信號和零位信號。三個通道輸出信號A、B、Z。順時針旋轉(zhuǎn)時，通道A輸出波形超前通道B波形90°;逆時針旋轉(zhuǎn)時，通道A輸出波形遲通道B波形90°;光電雙向編碼器每旋轉(zhuǎn)一圈，輸出一個基準(zhǔn)脈沖，基準(zhǔn)脈沖的波形中心對準(zhǔn)通道A輸出的波形。
      
      

                                圖2 光電雙向編碼器原理圖

3.2 PLC可編程控制器

    下位機PLC可編控制器選用日本歐姆龍CJ1M-CPU22系列機，該系列機為單元連接器連接，由電源模塊、CPU模塊、存儲單元等組成。CJIM-CPU22最大I/O點數(shù)為320點，最多可連接單元數(shù)為10個，程序容量10K步，數(shù)據(jù)存儲器容量為32K字，LD指令處理速度為100ns，內(nèi)置I/O：10個輸入，6個輸出，輸入：4個中斷輸入（脈沖撲捉）;2個高速計數(shù)器輸入（差相：50KHz;單相100 KHz）。

3.2.1 內(nèi)置CPU單元輸入、輸出分配

    字CIO2960的位03、06、08接高速計數(shù)器0的Z、A、B。字CIO2961的位00、01接鐘罩的上升和下降啟動開關(guān)。

4 PLC與上位機通信

    上位機使用的是工控機和組態(tài)王軟件，也就是PLC與組態(tài)王軟件的通訊問題。

4.1 帶有RS232接口的PLC連接，通信設(shè)置值如下

    波特率：9600;數(shù)據(jù)位長度：7;停止位長度：2;奇偶校驗位：偶校驗。OMRON公司提供了網(wǎng)絡(luò)通信類型是SYSMAC WAY（bcd data），數(shù)據(jù)傳輸格式是基于bcd碼，HOSTLINK協(xié)議就是基于這種網(wǎng)絡(luò)類型。 在進行PLC網(wǎng)絡(luò)設(shè)置時，其中的主鏈接單元號要與組態(tài)王中定義設(shè)備時的設(shè)備地址相一致，PLC在組態(tài)王中的設(shè)置地址范圍為0-31。

5 軟件設(shè)計

    軟件設(shè)計包括兩部分：上位機用組態(tài)王軟件編寫，它的主要功能是：監(jiān)控下位機來得數(shù)據(jù)，管理實時和歷史數(shù)據(jù)，實時畫面，檢定證書打印;下位機用PLC可編程控制器編程。它主要實現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集，運算和自動控制。

5.1 PLC可編程控制器編程

    CJ1M-CPU22可編程控制器采集由光電雙向編碼器來得脈沖信號，進行累積流量，瞬時流量計算，自動控制各個檢定點?；具\算公式如下：

   （1） Q=K＊f 其中：Q——累積流量,單位：升;K——儀表系數(shù),單位：升/個脈沖;f——脈沖數(shù),單位：Hz。

   （2）Q1 =Q/t 其中：Q1——-瞬時流量,單位：m3/h; Q——-累積流量,單位：升; t——-時間,單位：小時。

5.1.1存儲單元分配

                                     存儲單元分配如表

       

5.1.2 PLC可編程控制器程序框圖

    程序框圖如圖5

                 

                              圖5 程序框圖

6.1 程序清單（略）

6.2 上位機組態(tài)王軟件編程

    它的主要功能是：監(jiān)控實時生產(chǎn)過程和下位機來得數(shù)據(jù)，管理實時和歷史數(shù)據(jù)，實時畫面，檢定證書打印。

6.2.1 在組態(tài)王數(shù)據(jù)字典里定義I/O變量

    使PLC可編程控制器里的內(nèi)存單元與組態(tài)王的I/O變量相對應(yīng)，從而使兩者建立起通信聯(lián)系。

    所有變量的變量類型都是：I/O整型;

    連接設(shè)備是：CJ1M;連接設(shè)備是：CJ1M;讀寫屬性都是：讀寫;采集頻率：1ms。

6.2.2 模擬工作過程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄，檢定證書打印

    根據(jù)上述工作原理在組態(tài)王里作出工作畫面、進行動畫連接和數(shù)據(jù)管理。這里所有的“按鈕”和“指示燈”用Bit函數(shù)、BitSet函數(shù)和彈起時、填充屬性連接來實現(xiàn)。

    所有“數(shù)字”都用模擬值輸入和輸出連接實現(xiàn)要求功能。

6.2.2.1 實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄與查詢

    這里主要是數(shù)據(jù)的記錄和查詢，即對鐘罩式氣體計量器所檢定的數(shù)據(jù)進行記錄,根據(jù)需要對數(shù)據(jù)進行查詢。

1．在SQL Server建立數(shù)據(jù)庫報表格式如表

         

2.利用組態(tài)王里的數(shù)據(jù)庫建立、斷開、查詢函數(shù)實現(xiàn)表5功能

   （1）連接組態(tài)王和數(shù)據(jù)庫函數(shù)：SQLConnect（DeviceID,”dsn=;uid=;pwd=”）
   （2）從使用的數(shù)據(jù)庫中斷開連接函數(shù)：SQLDisconnect（DeviceID）
   （3）利用綜合條件查詢方法查詢所需要的數(shù)據(jù) 程序如下：

    String where=”日期=‘“+日期查詢+”’and a=”+StrFromInt（b,10）;//定義查詢條件

    SQLSelect（DeviceID,“數(shù)據(jù)”，“查詢數(shù)據(jù)”，where，“”）//得到一個特定的選擇集

    記錄個數(shù)=SQLNumRows（DeviceID）;//指定選擇集中包括多少行

6.2.2.2實現(xiàn)檢定證書打印

    先根據(jù)被檢表的要求畫出檢定證書的格式，再利用下面的函數(shù)進行打印。

   （1）功能：PrintWindow（）————打印指定窗口
   （2）格式：PrintWindow（“Window”,xScale,yScale,option,xStart,yStare）

7、結(jié)束語

    本文作者的創(chuàng)新點是：①利用PLC可編程序控制器實現(xiàn)了流量、儀表系數(shù)、頻率三者的運算關(guān)系，②用組態(tài)王軟件實現(xiàn)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)管理。通過在實際工業(yè)檢定中使用，有效地提高了檢定精度和準(zhǔn)確性，為企業(yè)的信息集成打下了堅實基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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【4】KINGVIEW version6.5 使用手冊 北京：北京亞控科技發(fā)展有限公司 2004
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