標準金屬量器量值溯源系統控制軟件設計方案

陳 華，李勇軍，程 霞，耿洪燕，張紹華，楊煥誠

(1.內蒙古自治區計量測試研究院，內蒙古 呼和浩特 010000；2.包頭市檢驗檢測中心，內蒙古 包頭 014000；3.赤峰市產品質量檢驗檢測中心，內蒙古 赤峰 024000)

金屬量器量值溯源系統由一等金屬量器標準裝置為主標準器，通過容積法以純凈水為溯源介質，將容量量值傳遞給二等及以下標準金屬量器及工作用金屬量器。主標準器量值溯源至國家容量基準。系統硬件由供水系統、水質凈化處理系統、標準量值提供裝置、調試裝置、讀數裝置、污水處理系統等組成。電源AC220 V、功率2.5 kW、外設通信接口RS485、PLC通信方式TCP/IP、電流輸入0～20 mA(4 mA～20 mA)分辨率16位。由數據處理和報表形成系統及檢校質量控制部分組成。量傳過程符合國家容量量值傳遞系統表和檢校依據方法JJG259-2005《金屬量器》的要求。系統既可進行容量量值傳遞又能取得計量比對參考值，還能提供標準金屬量器檢定或校準結果的重復性試驗及計量標準的穩定性考核，作為CNAS及其他相關校準實驗室標準金屬量器能力驗證/測量審核(PT)提供者計量標準裝置。

1 檢校軟件概述

檢校軟件專用于金屬量器溯源系統的自動化控制和數據計算。提供預置化檢校方案、過程自動控制、數據輔助計算和存儲。操作者可通過計算機實現金屬量器的全流程檢校。系統以檢校過程中需要的人機界面為基本載體，其間包含畫面動畫、過程數據顯示等通用功能。將硬件通信、檢定規程、流程控制等獨立性較強的功能設為獨立的功能模塊，模塊與主體框架間采用通用接口，以便于不同模塊、模塊內功能函數的數據交換。計算機配置和軟件環境如表1、表2所示。

表1 計算機配置

表2 軟件環境

2 檢校軟件主要功能

2.1 人機交互

軟件主界面以平面圖的形式直觀反映現場各設備的運行狀態，實時展示關鍵過程數據、檢校流程信息等關鍵信息。以圖形化簡潔符號表示系統中的各類設備，操作人員可通過對這些符號的點擊直接操控與之相對應的設備，并以顏色、文字、動態效果展示系統在運行過程中各設備的工作狀態。各采集點的壓力、溫度液位等實時顯示在其設備所對應的位置上，閥門、泵組等設備的信息、狀態隨系統內硬件設備的動態實時更新，操作人員可通過軟件界面實時、準確地掌握整套裝置的運行狀態。

2.2 預置檢校方案

預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，包括生產廠家、規格型號、設備編碼、準確度等級、測量范圍、溯源方式等基本信息。另一部分為檢校過程基本參數，包括所選標準金屬量器、穩定時間、殘留時間、檢校次數等信息。用戶可根據需要自由設置，設置完成的自定義檢校方案可編制單獨的編號、名稱后存入數據庫，用以日后相似實驗的重復使用或對以往實驗過程的復查。

2.3 自動化檢校流程

系統將根據檢校方案開啟自動化檢校流程。全程檢校由軟件根據反饋信息自動判斷系統狀態、檢校進程，自動完成整個檢校過程，并存儲檢校數據、輔助分析誤差、出具記錄證書。檢測流程見圖1。

2.4 數據記錄及存儲

系統默認將檢定數據存入Access，每臺被測量器的檢定數據對應唯一的記錄編號，并根據檢校時間排列。保證了數據的唯一性，避免與數據庫中的其他批次的檢定數據混淆。檢定過程完全結束后，檢定數據在保存至數據庫的同時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范有所差異，可根據用戶的定制要求，專門制作符合用戶需求的報表系統。系統具備獨立的查詢統計模塊，可根據時間、人員、廠家等信息單獨或組合查詢，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，其輸出格式默認與原始記錄格式相同。

2.5 權限管理

系統設有權限管理功能，通過對登錄用戶的權限分級實現不同功能的使用限定。即數據庫的刪除、查詢等涉及檢測數據、設備安全的操作需要高級權限方可使用。權限管理見表3。

表3 權限管理

一級管理員權限，享有這一級權限的用戶可實現對系統的完全控制，即包括設備參數設置、過程參數設置、設備操作、檢定操作、數據庫操作、輸出記錄等功能的完全控制權限。

二級操作員權限，享有這一級權限的用戶可實現對系統檢定功能的完全控制，即包括檢測過程參數的設置、設備操作、檢定操作、生成記錄、輸出記錄等與金屬量器檢定過程相關的功能的完全控制權限。

3 系統結構

系統采用撬裝式結構。系統由水箱、泵組、高位水箱及500 L～100 L標準金屬量器組、50 L～10 L標準金屬量器組、5 L～1 L標準金屬量器組、污水罐組成，如圖2～圖6所示，該結構設計簡單，方便實用。對場地要求較低，方便用戶便攜式操作，各撬裝單元自由組合，可滿足多組實物量具——標準金屬器不同標稱容量值傳遞的需要。

上述軟件控制系統操作簡便，界面友好，示意圖直觀，自動化程度高。適合金屬量器的容量比較法容積檢定/校準，即由一等標準金屬量器向二等及以下金屬量器標準裝置直至工作用金屬量器進行量值傳遞，確定被檢定/校準金屬量器壁厚、標稱容量高度值、計量頸分度容量、示值誤差、重復性誤差等計量特性和參數。通過修正介質溫度并計算得到20℃條件下被檢定/校準量器標稱容量對應的液位高度。