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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
針對電測儀表裝置手動檢定過程中存在的問題,深入研究各廠家電測儀表裝置通信規約的基礎上,設計了一套用于檢定電測儀表裝置通用的自動檢定系統。系統的開發依據相關國家計量檢定規程,將各廠家的多型產品的檢定方案固化在同一平臺當中,整個系統由方案、檢定、通訊、打印和歷史查詢五個子系統構成,整合集成了各型儀表裝置的檢定方案,從技術上規范了檢定行為,優化了檢定流程。該系統符合檢定規程及實驗室認可標準要求,實現了檢定數據的規范化管理,提高了實驗室的自動化水平,節省了實驗室人員的體力和時間。
 
1、指針式儀表的自動檢定
按照JG124—2005《指示儀表檢定規程》的要求,電測量指示儀表的檢定方法一般是通過一臺標準源輸出相應電量使指示儀表的指針指向某一刻度線,讀取標準源的讀數(一般化為格數)與指針指示的刻度值,并計算兩個值之差,根據指示儀表的等級判斷是否合格。根據指針式儀表的檢定方法,利用日臻完善的通訊技術、計算機的圖像處理技術和數據處理功能,可以實現指針式儀表的自動檢定,其自動檢定系統框圖如圖1所示
該系統利用數字圖像處理技術代替目測,完成檢測過程中圖像采集、圖像轉換與存儲、指針識別、零點自動校準以及示值判讀等關鍵操作。系統工作時,光源打開,計算機控制標準源輸出相應電量,使被測量表指針偏轉,表針示值經過光學鏡頭投影到圖像傳感器上,經過圖像采集進入計算機,計算機的圖像處理系統完成指針識別和示值判讀,得出檢定結果該系統中,由固態圖像傳感器、鏡頭、光源組成的成像系統的品質是影響測量精度的關鍵因素。其鏡頭懸掛的位置、傳感器的準確度和延遲、光源的質量,都會造成讀數誤差,而且品質越好,準確度越高,價格就越貴,這樣一套系統用來檢定指示儀表,成本過高,而且性能也不夠穩定。所以,現在指示儀表的檢定一般采用半自動:取消成像系統,由人工來觀察表針示值,手動調節標準源,使指針指示在某一刻度線上,以手動確認使系統進行下一個點的檢定,系統自動計算誤差,判斷是否合格,并出具報告。
 
2、電測儀表裝置自動化檢定平臺建設研究內容
2.1儀表裝置檢定存在的問題
實驗室檢定業務量的逐年增加,迫切需要提高實驗室檢定工作效率。目前實驗室電測儀表裝置檢定工作自動化水平不高,存在問題突出表現為以下幾個方面
(1)電測儀表裝置制造廠多,型號各異,操作系統版本多種多樣,操作方法各不相同,給計量檢定人員操作及裝置檢修維護帶來不便,不利于開展計量檢定標準化作業,工作效率不高。檢定過程中需要經常更換標準和被檢裝置以實現對不同裝置的檢定,這就要求檢定人員對不同標準和被測裝置的性能相當熟悉,檢定過程中需要十分謹慎,否則極易出現差錯,嚴重的可能會損壞裝置、威脅檢定人員安全。
(2)檢定項目較多、量程復雜、數據處理量大。電測儀表裝置一般準確度等級比較高,手動檢定需要記錄的有效數據位較長,數據記錄過程不僅要記錄被檢表讀數,還要記錄標準表讀數;數據處理過程需要按照規程要求進行手動修約,同時還需要將記錄的被檢和標準數據一一輸入到計算機來計算誤差和按規程進行符合性判斷;檢定過程存在操作繁瑣、數據處理過程復雜、工作效率低下、操作方法的規范性和判別方法的合理性受人的主觀因素影響,人為差錯的可能性大的問題;通常情況下電測儀表裝置的功能復雜,量程較多,檢定過程中數據處理量很大。
(3)不同廠家、不同型號儀表裝置的通信接口方式和規約標準各不相同。就通信接口方式來說,有的采用GPIB并行通信接口,有的采用RS232串行通信接口,也有些設備同時帶有這兩種通信接口。各個廠家都有自己的通信規約,同一廠家的產品也可能因為不同的產品型號而使用不同的規約版本。如何在一個檢定平臺上實現對使用不同規約的裝置的檢定是我們要解決的問題。
2.2研究內容
電測儀表裝置自動檢定平臺建設的總體思路:在同一個檢定平臺下通過接口程序控制標準表、源和被測表、源從而實現各類電測儀表裝置的自動檢定;支持新設備和功能擴展;按國家檢定規程的要求規范整個檢定工作流程實現對電測儀表裝置的整個生命周期的性能指標的數字化管理;平臺自動進行數據
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)研究平臺功能需求,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并將他們固定在自動化檢定平臺內。檢定平臺上的標準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、校準規范及實驗室認可標準的要求,實現檢定/校準作業流程規范化、信息化。
(4)研究檢定平臺內針對不同被檢裝置的檢定方案。
 
3、電測儀表裝置自動化檢定平臺建設關鍵技術研究
3.1儀器底層控制
要想在檢定平臺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,沒有解決儀器標準通用問題。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范研究,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
當前儀表裝置的通訊接口主要有RS232和GPB兩種,為了實現帶有不同接口的儀表裝置間的通信主控計算機選用了RS232和GPB兩種接口卡。研究儀表裝置串行接口對基礎信息交互的一般約定、數據幀格式、控制字定義及格式、數據結構及傳輸規則等內容,對擴展功能作了自主制定(包括信息傳輸安全、設備工作設置、擴展功能數據交互等方面)。在程序中進行相應處理,保證了數據交互的穩定性和暢通性。對于帶有GPB接口的裝置通信接口研究是通過從 Agilent儀器命令庫中找出相應操作的程控命令,固定在系統軟件中進行控制來實現數據采集。
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、準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、瀏覽、維護等功能。
 
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