冀 青，孫振民，李 強(qiáng)

（中環(huán)天儀股份有限公司，天津 300384）

智能壓力儀表作為工業(yè)應(yīng)用中最為常用的傳感器之一，廣泛應(yīng)用于水利電力、鐵路交通、智能建筑、管道等行業(yè)。科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，工業(yè)技術(shù)要求及自動(dòng)化水平的不斷提高對(duì)智能壓力儀表的計(jì)量精度等要求越來越高。由于智能壓力儀表存在現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)困難等現(xiàn)象，因此在智能壓力儀表出廠前必須采用智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，這樣不僅能夠大大提高智能儀表的性能、質(zhì)量，更是提高智能壓力儀表生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。因此智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定裝置是壓力儀表生產(chǎn)過程中最重要的設(shè)備。

GPIB是計(jì)算機(jī)和可編程儀器之間的一種總線通訊協(xié)議，即IEEE2448標(biāo)準(zhǔn)，因其使用簡(jiǎn)單、傳輸速率高而被廣泛應(yīng)用，并且隨著IEEE2448標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，GPIB總線傳輸速率不斷提高，帶GPIB接口的儀器成本不斷下降[1]。傳統(tǒng)的智能壓力儀表采用人工手動(dòng)標(biāo)定的方法，在標(biāo)定過程中需人工給定信號(hào)，采集數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)。人工標(biāo)定方法存在明顯的弊端：第一，在標(biāo)定過程中絕大部分工作需要人工手動(dòng)完成，包括儀器連接、操作，及后續(xù)的數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)輸入，耗費(fèi)大量的時(shí)間，不適用于儀表批量生產(chǎn)過程；第二，傳統(tǒng)的標(biāo)定方法自動(dòng)化程度低，在標(biāo)定過程中對(duì)標(biāo)定人員的專業(yè)化要求較強(qiáng)，標(biāo)定人員需熟練掌握標(biāo)定流程。即便如此，在操作過程中標(biāo)定人員難免會(huì)出錯(cuò)，引入人為誤差；第三，在標(biāo)定過程中，標(biāo)定人員要操作信號(hào)源、測(cè)試儀器和計(jì)算機(jī)，工作極其繁瑣和枯燥，且勞動(dòng)強(qiáng)度大，另一方面頻繁操作和誤操作極易損壞貴重儀器，造成損失，增加生產(chǎn)成本[3]。因此，本文提出基于GPIB的智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定設(shè)備的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)思想是通過GPIB總線接口和相應(yīng)的控制電路，實(shí)現(xiàn)工控機(jī)對(duì)各種測(cè)試儀器和設(shè)備的實(shí)時(shí)控制，完成智能壓力儀表的整個(gè)標(biāo)定過程。在此過程中，充分發(fā)揮工控機(jī)自動(dòng)分析和處理數(shù)據(jù)的能力，記錄整個(gè)標(biāo)定過程并以電子文檔的形式保存，生成報(bào)表打印出來。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和框圖

智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定裝置的設(shè)計(jì)思想是在傳統(tǒng)試驗(yàn)儀器的GPIB總線接口基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)?；贕PIB總線設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：1）GPIB總線接口可使用高級(jí)語言編程，編程方便，大大減少軟件設(shè)計(jì)工作量；2）通過上位機(jī)對(duì)帶有GPIB接口的儀器實(shí)現(xiàn)操作和控制，減少人為干預(yù)，提高了測(cè)量精度，提高了儀器設(shè)備的性能指標(biāo)；3）便于將多臺(tái)帶有GPIB接口的儀器組合起來，形成較大的測(cè)控系統(tǒng)，高效、靈活地完成組合測(cè)控任務(wù)，而且組建和拆散靈活，使用方便；4）便于擴(kuò)展系統(tǒng)功能，可在上位機(jī)的控制下對(duì)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)更加靈活、方便的傳輸、處理、綜合、利用和顯示，使原來儀器采用硬件邏輯很難解決或無法解決的問題迎刃而解[2]。

智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定裝置設(shè)計(jì)充分考慮可靠性和可維護(hù)性，采用機(jī)柜式組合結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖Fig.1 The system design diagram

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定裝置主要由工控機(jī)、測(cè)試儀器、通訊巡檢模塊、環(huán)境溫箱、溫箱控制器、管路閥門、增壓泵等組成。

2.1 工控機(jī)控制軟件和流程

工控機(jī)作為智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定裝置系統(tǒng)的控制器，首先需要在工控機(jī)的擴(kuò)展槽上插一塊GPIB接口控制卡。本設(shè)計(jì)采用AX5488標(biāo)準(zhǔn)GPIB接口卡，卡上配置了一組DIP開關(guān)，三組JUMPER。通過它們對(duì)卡進(jìn)行硬件設(shè)置：ROM的段地址，GPIB的I/O地址，DMA的通道以及中斷的級(jí)別，該卡提供軟件包，用戶可以使用各種高級(jí)語言來編寫應(yīng)用程序，來調(diào)用此軟件包所提供的功能子程序。

GPIB總線在多儀器及聯(lián)網(wǎng)方面非常方便，只要設(shè)置不同的地址，總線就能對(duì)每一個(gè)GPIB接口儀器分別進(jìn)行聽說操作[3]。

智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定裝置系統(tǒng)集成安捷倫34970A數(shù)據(jù)采集器作為智能儀表4～20 mA電流校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)儀器，并監(jiān)控系統(tǒng)各測(cè)試點(diǎn)的溫度值。其遠(yuǎn)程工作原理是調(diào)用安捷倫公司提供的VISA32.DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫，打開地址端口，并向儀器發(fā)送SCPI程控標(biāo)準(zhǔn)命令，對(duì)各通道有關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，然后啟動(dòng)掃描，接收需要測(cè)量的信號(hào)。

智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定裝置系統(tǒng)集成4臺(tái)GE德魯克高精度數(shù)字壓力控制器，用于產(chǎn)生1 kpa～20 Mpa的壓力基準(zhǔn)。系統(tǒng)集成的環(huán)境溫箱和溫箱控制器，自帶GPIB總線功能，通過該總線實(shí)現(xiàn)與壓力基準(zhǔn)控制器之間的通訊和控制。

工控機(jī)用VC++6.0進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，在程序中添加GPIB接口控制卡的軟件包文件Gpib.h、Gpib.lib、Gpib.dll，在程序中調(diào)用文件中的函數(shù)[4]。

按照以上介紹的設(shè)計(jì)方法編寫的程序，實(shí)現(xiàn)了總體要求功能，并應(yīng)用在工程中，具有數(shù)據(jù)傳送快、實(shí)時(shí)性好、操作方便快捷等特點(diǎn)。

圖2 系統(tǒng)控制軟件流程圖Fig.2 The system control software flow chart

2.2 通訊和管路閥門控制模塊

智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定裝置系統(tǒng)的通訊模塊和管路控制模塊是基于單片機(jī)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)的。其中與系統(tǒng)通過GPIB總線通訊部分的框圖如圖3所示。

圖3 模塊電路設(shè)計(jì)接口部分電路框圖Fig.3 The block diagram of circuit module design interface

本設(shè)計(jì)中，GPIB接口芯片采用TNT4882，這款芯片內(nèi)部集成了turbo488(高速傳輸電路)以及NAT4882(IEEE488.2兼容電路)，能夠同時(shí)兼容ANSIIEEEStandard488.1和ANSIIEEEStandard488.2規(guī)范，可以為GPIB系統(tǒng)提供一套完整的解決方案，是一款高速、聽/講功能兼?zhèn)涞腉PIB接口專用芯片。

TNT4882內(nèi)部各個(gè)寄存器的狀態(tài)決定或標(biāo)志著芯片及GPIB的工作狀態(tài)。在GPIB接口設(shè)計(jì)中，必須通過編程對(duì)寄存器進(jìn)行正確設(shè)置，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)GPIB的各種操作。

以下是對(duì)芯片的初始化過程：

1. 復(fù)位TNT4882器件中的Turbo488電路。

2. 將TNT4882設(shè)置成Turbo+7210模式。

3. 將TNT4882設(shè)置成單片機(jī)模式。

4. 使LocalPower-On信號(hào)有效。

5. 設(shè)置TNT4882的GPIB地址、設(shè)置初始串行輪詢響應(yīng)、清楚或設(shè)置中斷、設(shè)置GPIB握手參數(shù)。

6. 清除LocalPower-On，開始操作。

2.3 管路設(shè)計(jì)

智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定裝置系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)是通過控制閥門切換來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入。整個(gè)系統(tǒng)可標(biāo)定智能儀表的數(shù)量可根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和設(shè)置。

圖4 儀表閥門管路單元設(shè)計(jì)Fig.4 The design of the valve pipe unit instrument

3 結(jié)論

裝備制造業(yè)正向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的方向發(fā)展，產(chǎn)業(yè)升級(jí)已是必然。新器件、新技術(shù)、新工藝的發(fā)展對(duì)智能儀器儀表的生產(chǎn)工藝也提出更高、更多的要求。本文設(shè)計(jì)了一種智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定裝置系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能壓力儀表在生產(chǎn)過程中的自動(dòng)標(biāo)定，在裝備制造升級(jí)方面做了有益的探索。目前該設(shè)計(jì)已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)過程中，運(yùn)行可靠，大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

[1]曹成俊,張宏偉.自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的總線技術(shù)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2008,31(14):159-163.

[2]唐曦文,崔希振. 基于GPIB總線的測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2010,32(6):12-15.

[3]李亦君.基于PXI和GPIB總線電路測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2010,(22)P:35-37.

[4]李迪,陸鈺.基于GPIB的測(cè)試程序的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù),2009(11):39-41.