真空計電參數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。真空計電參數檢定裝置用于真空計電參數的計量檢定。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PLC控制和系統(tǒng)控制的自動化計量軟件。系統(tǒng)可實現通過觸摸屏和上位機控制真空計電參數檢定系統(tǒng)，實現檢定數據的自動處理，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

　　真空計電參數檢定裝置主要包括熱偶計電參數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檢定部分

　　該裝置的熱偶計電參數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。進而根據檢規(guī)對數據進行處理，判定。

圖1　裝置的熱偶計電參數檢定部分原理圖

1.2、電離計電參數檢定部分

　　該裝置的電離計電參數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。高阻網絡阻值分檔可調，調節(jié)范圍為104～1012Ω，通過調節(jié)高阻網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，P 為真空規(guī)管所處的壓力值，Ie為真空計的發(fā)射電流。

　　進而根據檢規(guī)對數據進行處理，判定。

圖2　裝置的熱偶計電參數檢定部分原理圖

1.3、電阻計電參數檢定部分

　　電阻計電參數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，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、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目標控制。程序包括“符號”欄的數據類型、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，實現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，觸摸屏的出現使得工業(yè)可視化控制得到實現。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生代碼，而Labview使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產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，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，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，實現數據的自動處理、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，針對真空計電參數計量過程復雜、數據處理繁瑣等特點，在基本信息的錄入中可以避免很多人工重復的勞動;在數據處理過程中通過程序實現數據自動運算，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數據庫軟件，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。