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技術的真空計電參數(shù)系統(tǒng)的T形圖控制程序設計，觸摸屏控制程序設計及基于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。

　　真空技術是20世紀初發(fā)展起來的一門新的技術學科，隨著科技的進步，真空技術作為一門實用的基礎科技應用范圍日益廣泛。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，并編制了相關軟件。文章闡述了針對裝置所編制的相關軟件的設計，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，又可通過轉換開關共同分享同一臺電源和多用數(shù)字表。其各部分原理和構成如下所示。

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切換選擇長絲還是短絲，然后選擇供電電源的方向，最后調節(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。進而根據(jù)檢規(guī)對數(shù)據(jù)進行處理，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分別為等值的精密電阻，其阻值必須大于陰極內阻的10倍。高阻網(wǎng)絡阻值分檔可調，調節(jié)范圍為104～1012Ω，通過調節(jié)高阻網(wǎng)絡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;將標準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。

　　進而根據(jù)檢規(guī)對數(shù)據(jù)進行處理，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開封的電阻規(guī)，調節(jié)真空計的零點調節(jié)電位器，觀察真空計的零點是否可調;將真空計連接一個開封的電阻規(guī)暴露至大氣狀態(tài)，調節(jié)真空計的滿度調節(jié)電位器，觀察真空計的滿度是否可調。

2、軟件設計

　　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、調試、輸入用戶程序，也可以在線監(jiān)控PLC內部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進行人機對話，它是開發(fā)、應用、維護PLC不可缺少的工具。PLC采用T形圖程序對其進行控制，CXprogrammer

　　編程軟件是基于視窗的編程軟件，以高效的多程序開發(fā)環(huán)境提供豐富的監(jiān)控和調試功能。其連接方式是CPU 單元外部設備接口或內置RS-222C端口。與PLC通信的協(xié)議是外部設備總線或Host　Link[4]。離線操作可完成編程、I/O 內存編輯、創(chuàng)建I/O表，設定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進行編程控制。在編程之前首先要對各開關量分配地址。

　　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系，借助軟點過渡可以編制程序實現(xiàn)目標控制。程序包括“符號”欄的數(shù)據(jù)類型、開關量地址、使用類型和對應開關的設置。完成以上兩項設置后，可以按照地址配置和邏輯關系編制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，通過順序、互鎖等結構建立邏輯關聯(lián)，實現(xiàn)PLC的控制。

圖3　T形圖程序

2.2、觸摸屏控制程序

　　觸摸屏是近年來快速發(fā)展起來并得到廣泛應用的新一代人機交互設備，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)軟件進行觸摸屏程序編制，是一種快速構造和生成嵌入式計算機監(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。通過界面設計，按鈕屬性設計和地址設計最終實現(xiàn)通過觸摸屏對PLC的控制。

圖4　NP-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與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機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的各類儀器驅動程序，如數(shù)字多用表吉時利2000等都有相應的基于Labview 的驅動程序。應用這些驅動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動程序模塊與實際應用有一定差距，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PLC接收命令并且正常時，以圖6的應答命令格式回復，從而實現(xiàn)通信。從上位機發(fā)來的命令幀時，自動返回應答幀，幀的各部分意義為：‘@’表示幀的開始;“節(jié)點號’用于識別上位機所連接PLC的地址。“識別碼”為2個字符的命令碼;“正文”用于設置命令參數(shù)，例如需要讀寫的內存地址等：‘'FCS'’為2個字符的幀校驗碼;終止符為固定的兩個字符，表示命令幀或應答幀的結束，應答幀的結束碼返回命令的執(zhí)行狀態(tài)，若一切正常則返回“00”，若有錯誤則返回錯誤代碼。

圖6　串口命令格式及其應答格式

　　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成。結合”LabVIEW　ReportGeneration　Toolkit　for　Microsoft　Office”及word中書簽和域的使用，能應用于單通道熱偶計、雙通道熱偶計、電阻電離復合計、熱偶電離復合計、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

　　實際工作中應用程序檢定真空計電參數(shù)表明其效率可提高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度，節(jié)約時間，提高效率。

3、結束語

　　本文敘述了真空計電參數(shù)的檢定系統(tǒng)設計中PLC技術的應用及其自動化控制計量程序。程序具有較強實用性和通用性，針對真空計電參數(shù)計量過程復雜、數(shù)據(jù)處理繁瑣等特點，在基本信息的錄入中可以避免很多人工重復的勞動;在數(shù)據(jù)處理過程中通過程序實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動運算，自動判定給出結論，并按照一定的格式存儲，從而有效地提高了勞動效率。依托程序框架和其中較通用的模塊，可以較方便擴展到真空等計量專業(yè)的自動化檢定/校準中。

　　隨著科技的發(fā)展，自動化程序應用前景十分廣闊，目前我們還有很多工作有待開展、完善。比如可以結合Office數(shù)據(jù)庫軟件，充分利用已有的信息記錄為我們所用，縮短整個檢定過程所需的時間，提高準確性和效率。有理由相信，自動化技術在未來計量工作中將會發(fā)揮越來越重要的作用。