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電測儀表自動檢定技術相關問題分析

作者:江蘇創輝自動化儀表有限公司
針對電測儀表装置手动检定过程中存在的问题,深入研究各厂家电测儀表装置通信规约的基础上,设计了一套用于检定电测儀表装置通用的自动检定系统。系统的开发依据相关国家计量检定规程,将各厂家的多型产品的检定方案固化在同一平台当中,整个系统由方案、检定、通讯、打印和历史查询五个子系统构成,整合集成了各型儀表装置的检定方案,从技术上规范了检定行为,优化了检定流程。该系统符合检定规程及实验室认可标准要求,实现了检定数据的规范化管理,提高了实验室的自动化水平,节省了实验室人员的体力和时间。
 
1、指针式儀表的自动检定
按照JG124—2005《指示儀表检定规程》的要求,电测量指示儀表的检定方法一般是通过一台标准源输出相应电量使指示儀表的指针指向某一刻度线,读取标准源的读数(一般化为格数)与指针指示的刻度值,并计算两个值之差,根据指示儀表的等级判断是否合格。根据指针式儀表的检定方法,利用日臻完善的通讯技术、计算机的图像处理技术和数据处理功能,可以实现指针式儀表的自动检定,其自动检定系统框图如图1所示
该系统利用数字图像处理技术代替目测,完成检测过程中图像采集、图像转换与存储、指针识别、零点自动校准以及示值判读等关键操作。系统工作时,光源打开,计算机控制标准源输出相应电量,使被测量表指针偏转,表针示值经过光学镜头投影到图像传感器上,经过图像采集进入计算机,计算机的图像处理系统完成指针识别和示值判读,得出检定结果该系统中,由固态图像传感器、镜头、光源组成的成像系统的品质是影响测量精度的关键因素。其镜头悬挂的位置、传感器的准确度和延迟、光源的质量,都会造成读数误差,而且品质越好,准确度越高,价格就越贵,这样一套系统用来检定指示儀表,成本过高,而且性能也不够稳定。所以,现在指示儀表的检定一般采用半自动:取消成像系统,由人工来观察表针示值,手动调节标准源,使指针指示在某一刻度线上,以手动确认使系统进行下一个点的检定,系统自动计算误差,判断是否合格,并出具报告。
 
2、电测儀表装置自动化检定平台建设研究内容
2.1儀表装置检定存在的问题
实验室检定业务量的逐年增加,迫切需要提高实验室检定工作效率。目前实验室电测儀表装置检定工作自动化水平不高,存在问题突出表现为以下几个方面
(1)电测儀表装置制造厂多,型号各异,操作系统版本多种多样,操作方法各不相同,给计量检定人员操作及装置检修维护带来不便,不利于开展计量检定标准化作业,工作效率不高。检定过程中需要经常更换标准和被检装置以实现对不同装置的检定,这就要求检定人员对不同标准和被测裝置的性能相当熟悉,检定过程中需要十分谨慎,否则极易出现差错,严重的可能会损坏装置、威胁检定人员安全。
(2)检定项目较多、量程复杂、数据处理量大。电测儀表装置一般准确度等级比较高,手动检定需要记录的有效数据位较长,数据记录过程不仅要记录被检表读数,还要记录标准表读数;数据处理过程需要按照规程要求进行手动修约,同时还需要将记录的被检和标准数据一一输入到计算机来计算误差和按规程进行符合性判断;检定过程存在操作繁琐、数据处理过程复杂、工作效率低下、操作方法的规范性和判别方法的合理性受人的主观因素影响,人为差错的可能性大的问题;通常情况下电测儀表装置的功能复杂,量程较多,检定过程中数据处理量很大。
(3)不同厂家、不同型号儀表装置的通信接口方式和规约标准各不相同。就通信接口方式来说,有的采用GPIB并行通信接口,有的采用RS232串行通信接口,也有些设备同时带有这两种通信接口。各个厂家都有自己的通信规约,同一厂家的产品也可能因为不同的产品型号而使用不同的规约版本。如何在一个检定平台上实现对使用不同规约的装置的检定是我们要解决的问题。
2.2研究內容
电测儀表装置自动检定平台建设的总体思路:在同一个检定平台下通过接口程序控制标准表、源和被测表、源从而实现各类电测儀表装置的自动检定;支持新设备和功能扩展;按国家检定规程的要求规范整个检定工作流程实现对电测儀表装置的整个生命周期的性能指标的数字化管理;平台自动进行数据
貯存分析與結果處理,證書生成以及打印,提高工作效率和質量。結合電測計量檢定工作的特點具體從以下幾個方面加以研究
(1)研究平台功能需求,實現檢定數據貯存、統計、分析和查詢以及報表輸出等功能,保證系統可靠安全,通用性,便于維護和升級。
(2)研究不同廠家、不同型號裝置的通信規約並將他們固定在自動化檢定平台內。檢定平台上的標准和被測裝置與計算機之間主要通過RS232和GPIB兩種接口方式連接,在程序控制下實現系統內各設備間的通信
(3)研究測量設備國家檢定規程、校准規範及實驗室認可標准的要求,實現檢定/校准作業流程規範化、信息化。
(4)研究檢定平台內針對不同被檢裝置的檢定方案。
 
3、电测儀表装置自动化检定平台建设关键技术研究
3.1儀器底層控制
要想在檢定平台上實現對儀器設備進行自動操作和控制必須在程序中應用相關的儀器控制軟件。這些控制軟件是處理計算機與儀器間通過物理連接進行通信的問題,也就是處理計算機與儀器間傳送命令與數據的問題而使用的。目前很多儀器設備廠商都有自己的控制軟件,這些軟件一般只針對特定接口
的特定型號儀器使用,對于不同的接口儀器必須采用不同的軟件,沒有解決儀器標准通用問題。本課題對儀器的底層控制就是通過開發符合儀器硬件接口控制及相應規約要求的軟件來實現的。通過對特定儀器設備特定接口的規約及其相關規範研究,在軟件中編寫通信函數庫。通信函數庫駐留于計算機系統中,是計算機與儀器之間的軟件層連接,用以實現對儀器的程控,計算機通過它來調用低層的
驅動程序來控制儀器。軟件中對通信函數庫中函數的調用主要通過對設備通信端口函數、讀寫操作控制函數、處理函數的調用來實現
3.2數據采集
当前儀表装置的通讯接口主要有RS232和GPB两种,为了实现带有不同接口的儀表装置间的通信主控计算机选用了RS232和GPB两种接口卡。研究儀表装置串行接口对基础信息交互的一般约定、数据帧格式、控制字定义及格式、数据结构及传输规则等内容,对扩展功能作了自主制定(包括信息传输安全、设备工作设置、扩展功能数据交互等方面)。在程序中进行相应处理,保证了数据交互的稳定性和畅通性。对于带有GPB接口的装置通信接口研究是通过从 Agilent仪器命令库中找出相应操作的程控命令,固定在系统软件中进行控制来实现数据采集。
3.3數據庫設計
儀器設備的自動測試相對于傳統的人工測試,除了在測試速度、實時性、准確度上占有一定優勢外,能很方便地通過編制程序,將測試的各類有用參數入庫存儲,供分析人員隨時檢索、查詢。軟件中數據庫在Aces2000中建立,與主程序建立使用ODBC的方式關聯,通過設置一個與表內各記錄相關聯的指針對相應表格記錄進行定位,通過在程序中控制指針位置實現數據入庫、浏覽、維護等功能。
 
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