標(biāo)準(zhǔn)金屬量器量值溯源系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)方案

陳 華，李勇軍，程 霞，耿洪燕，張紹華，楊煥誠(chéng)

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)計(jì)量測(cè)試研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000；2.包頭市檢驗(yàn)檢測(cè)中心，內(nèi)蒙古 包頭 014000；3.赤峰市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

金屬量器量值溯源系統(tǒng)由一等金屬量器標(biāo)準(zhǔn)裝置為主標(biāo)準(zhǔn)器，通過容積法以純凈水為溯源介質(zhì)，將容量量值傳遞給二等及以下標(biāo)準(zhǔn)金屬量器及工作用金屬量器。主標(biāo)準(zhǔn)器量值溯源至國(guó)家容量基準(zhǔn)。系統(tǒng)硬件由供水系統(tǒng)、水質(zhì)凈化處理系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)量值提供裝置、調(diào)試裝置、讀數(shù)裝置、污水處理系統(tǒng)等組成。電源AC220 V、功率2.5 kW、外設(shè)通信接口RS485、PLC通信方式TCP/IP、電流輸入0～20 mA(4 mA～20 mA)分辨率16位。由數(shù)據(jù)處理和報(bào)表形成系統(tǒng)及檢校質(zhì)量控制部分組成。量傳過程符合國(guó)家容量量值傳遞系統(tǒng)表和檢校依據(jù)方法JJG259-2005《金屬量器》的要求。系統(tǒng)既可進(jìn)行容量量值傳遞又能取得計(jì)量比對(duì)參考值，還能提供標(biāo)準(zhǔn)金屬量器檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的重復(fù)性試驗(yàn)及計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性考核，作為CNAS及其他相關(guān)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)金屬量器能力驗(yàn)證/測(cè)量審核(PT)提供者計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置。

1 檢校軟件概述

檢校軟件專用于金屬量器溯源系統(tǒng)的自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)計(jì)算。提供預(yù)置化檢校方案、過程自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)輔助計(jì)算和存儲(chǔ)。操作者可通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)金屬量器的全流程檢校。系統(tǒng)以檢校過程中需要的人機(jī)界面為基本載體，其間包含畫面動(dòng)畫、過程數(shù)據(jù)顯示等通用功能。將硬件通信、檢定規(guī)程、流程控制等獨(dú)立性較強(qiáng)的功能設(shè)為獨(dú)立的功能模塊，模塊與主體框架間采用通用接口，以便于不同模塊、模塊內(nèi)功能函數(shù)的數(shù)據(jù)交換。計(jì)算機(jī)配置和軟件環(huán)境如表1、表2所示。

表1 計(jì)算機(jī)配置

表2 軟件環(huán)境

2 檢校軟件主要功能

2.1 人機(jī)交互

軟件主界面以平面圖的形式直觀反映現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)展示關(guān)鍵過程數(shù)據(jù)、檢校流程信息等關(guān)鍵信息。以圖形化簡(jiǎn)潔符號(hào)表示系統(tǒng)中的各類設(shè)備，操作人員可通過對(duì)這些符號(hào)的點(diǎn)擊直接操控與之相對(duì)應(yīng)的設(shè)備，并以顏色、文字、動(dòng)態(tài)效果展示系統(tǒng)在運(yùn)行過程中各設(shè)備的工作狀態(tài)。各采集點(diǎn)的壓力、溫度液位等實(shí)時(shí)顯示在其設(shè)備所對(duì)應(yīng)的位置上，閥門、泵組等設(shè)備的信息、狀態(tài)隨系統(tǒng)內(nèi)硬件設(shè)備的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新，操作人員可通過軟件界面實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地掌握整套裝置的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 預(yù)置檢校方案

預(yù)置檢校方案分為兩部分，一部分為被檢金屬量器的基本信息錄入，包括生產(chǎn)廠家、規(guī)格型號(hào)、設(shè)備編碼、準(zhǔn)確度等級(jí)、測(cè)量范圍、溯源方式等基本信息。另一部分為檢校過程基本參數(shù)，包括所選標(biāo)準(zhǔn)金屬量器、穩(wěn)定時(shí)間、殘留時(shí)間、檢校次數(shù)等信息。用戶可根據(jù)需要自由設(shè)置，設(shè)置完成的自定義檢校方案可編制單獨(dú)的編號(hào)、名稱后存入數(shù)據(jù)庫，用以日后相似實(shí)驗(yàn)的重復(fù)使用或?qū)σ酝鶎?shí)驗(yàn)過程的復(fù)查。

2.3 自動(dòng)化檢校流程

系統(tǒng)將根據(jù)檢校方案開啟自動(dòng)化檢校流程。全程檢校由軟件根據(jù)反饋信息自動(dòng)判斷系統(tǒng)狀態(tài)、檢校進(jìn)程，自動(dòng)完成整個(gè)檢校過程，并存儲(chǔ)檢校數(shù)據(jù)、輔助分析誤差、出具記錄證書。檢測(cè)流程見圖1。

2.4 數(shù)據(jù)記錄及存儲(chǔ)

系統(tǒng)默認(rèn)將檢定數(shù)據(jù)存入Access，每臺(tái)被測(cè)量器的檢定數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)唯一的記錄編號(hào)，并根據(jù)檢校時(shí)間排列。保證了數(shù)據(jù)的唯一性，避免與數(shù)據(jù)庫中的其他批次的檢定數(shù)據(jù)混淆。檢定過程完全結(jié)束后，檢定數(shù)據(jù)在保存至數(shù)據(jù)庫的同時(shí)生成一份電子版的原始記錄，記錄以Excel的形式輸出。考慮到各地用戶的需求和管理規(guī)范有所差異，可根據(jù)用戶的定制要求，專門制作符合用戶需求的報(bào)表系統(tǒng)。系統(tǒng)具備獨(dú)立的查詢統(tǒng)計(jì)模塊，可根據(jù)時(shí)間、人員、廠家等信息單獨(dú)或組合查詢，并將所有符合條件記錄的基本信息以列表形式顯示，便于使用者進(jìn)一步篩選。使用者可將選中的記錄以電子表格的形式輸出，其輸出格式默認(rèn)與原始記錄格式相同。

2.5 權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)有權(quán)限管理功能，通過對(duì)登錄用戶的權(quán)限分級(jí)實(shí)現(xiàn)不同功能的使用限定。即數(shù)據(jù)庫的刪除、查詢等涉及檢測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備安全的操作需要高級(jí)權(quán)限方可使用。權(quán)限管理見表3。

表3 權(quán)限管理

一級(jí)管理員權(quán)限，享有這一級(jí)權(quán)限的用戶可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的完全控制，即包括設(shè)備參數(shù)設(shè)置、過程參數(shù)設(shè)置、設(shè)備操作、檢定操作、數(shù)據(jù)庫操作、輸出記錄等功能的完全控制權(quán)限。

二級(jí)操作員權(quán)限，享有這一級(jí)權(quán)限的用戶可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)檢定功能的完全控制，即包括檢測(cè)過程參數(shù)的設(shè)置、設(shè)備操作、檢定操作、生成記錄、輸出記錄等與金屬量器檢定過程相關(guān)的功能的完全控制權(quán)限。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用撬裝式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由水箱、泵組、高位水箱及500 L～100 L標(biāo)準(zhǔn)金屬量器組、50 L～10 L標(biāo)準(zhǔn)金屬量器組、5 L～1 L標(biāo)準(zhǔn)金屬量器組、污水罐組成，如圖2～圖6所示，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。對(duì)場(chǎng)地要求較低，方便用戶便攜式操作，各撬裝單元自由組合，可滿足多組實(shí)物量具——標(biāo)準(zhǔn)金屬器不同標(biāo)稱容量值傳遞的需要。

上述軟件控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，界面友好，示意圖直觀，自動(dòng)化程度高。適合金屬量器的容量比較法容積檢定/校準(zhǔn)，即由一等標(biāo)準(zhǔn)金屬量器向二等及以下金屬量器標(biāo)準(zhǔn)裝置直至工作用金屬量器進(jìn)行量值傳遞，確定被檢定/校準(zhǔn)金屬量器壁厚、標(biāo)稱容量高度值、計(jì)量頸分度容量、示值誤差、重復(fù)性誤差等計(jì)量特性和參數(shù)。通過修正介質(zhì)溫度并計(jì)算得到20℃條件下被檢定/校準(zhǔn)量器標(biāo)稱容量對(duì)應(yīng)的液位高度。