壓力儀表全自動檢定和校準(zhǔn)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用

　　摘要：與其它儀表相比，壓力儀表在調(diào)試和檢定工作中體現(xiàn)出“四zui”特點(diǎn)，即設(shè)備數(shù)量zui多、標(biāo)準(zhǔn)儀器需求zui全、工時(shí)消耗zui長、人員素質(zhì)要求zui高，而工程建設(shè)工期卻在逐漸縮短，使其成為制約儀表調(diào)試工作的“瓶頸”，本文介紹了一種以高性能壓力控制器作為基礎(chǔ)，通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)高精密壓力調(diào)校多校準(zhǔn)點(diǎn)控制，結(jié)合目前普遍應(yīng)用在智能儀表的HART通信協(xié)議，開發(fā)出的智能壓力儀表全自動校驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能以及應(yīng)用情況。
　　
　　與其它儀表相比，壓力儀表在調(diào)試和檢定工作中體現(xiàn)出“四zui”特點(diǎn)，即設(shè)備數(shù)量zui多、標(biāo)準(zhǔn)儀器需求zui全、工時(shí)消耗zui長、人員素質(zhì)要求zui高，而工程建設(shè)工期卻在逐漸縮短，使其成為制約儀表調(diào)試工作的“瓶頸”，因此提高壓力儀表調(diào)試和檢定效率、降低設(shè)備和人員等資源需求具有重要的意義從技術(shù)角度而言，4C（計(jì)算機(jī)、通信、自動化和CRT）技術(shù)已經(jīng)在儀表和控制系統(tǒng)中得到充分的應(yīng)用，無論是工業(yè)檢測儀表還是標(biāo)定用精密設(shè)備，隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用都在不同程度上實(shí)現(xiàn)了智能化和網(wǎng)絡(luò)化，這為儀表的全自動校準(zhǔn)和標(biāo)定奠定了基礎(chǔ)。
　　
　　本文介紹了一種以高性能壓力控制器作為基礎(chǔ)，通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)高精密壓力調(diào)校多校準(zhǔn)點(diǎn)控制，結(jié)合目前普遍應(yīng)用在智能儀表的HART通信協(xié)議，開發(fā)出的智能壓力儀表全自動校驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能以及應(yīng)用情況。
　　
　　全自動校準(zhǔn)和檢定系統(tǒng)是針對壓力儀表校準(zhǔn)和檢定工作開發(fā)的，包括了硬件和軟件兩部分，圍繞功能需求和實(shí)現(xiàn)這個(gè)核心，系統(tǒng)做了相應(yīng)的配置。
　　
　　硬件配置
　　
　　為了適應(yīng)全自動過程控制的需求，關(guān)鍵硬件設(shè)備必須具備網(wǎng)絡(luò)通信接口和相應(yīng)的功能，系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備包括了壓力控制器、數(shù)據(jù)采集器和工控機(jī)。　　
　　壓力控制器作為系統(tǒng)核心的硬件，壓力控制器需要滿足兩個(gè)方面的要求，即控制精度和壓力范圍。
　　
　　在壓力儀表校準(zhǔn)過程中，輸入的壓力是作為標(biāo)準(zhǔn)信號源提供的，校準(zhǔn)和檢定點(diǎn)是確定的量程理論分割值，因此控制壓力必須達(dá)到規(guī)定的精度才能滿足需求。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)過程自動化的目的，控制器必須具有按照預(yù)置值完成自動控壓功能，即所謂的控制精度。目前工業(yè)級壓力檢測儀表zui高精度為0.075%，標(biāo)準(zhǔn)輸入源的壓力控制精度zui低要求是0.05%。
　　
　　精密壓力儀表隨著可用量程的擴(kuò)大造成允許誤差增加，限制了其可用下限，選用時(shí)要兼顧精度和應(yīng)用范圍二者的關(guān)系，即在必須符合控制精度要求的同時(shí)，滿足應(yīng)用壓力范圍要求。
　　
　　本系統(tǒng)采用GE公司的PACE6000壓力控制器作為核心設(shè)備，它是GE公司生產(chǎn)的新一代模塊化、高精度的壓力控制器和指示儀，具有可編程測試程序選項(xiàng)，提供了在儀器本身內(nèi)部自動創(chuàng)建、存儲并執(zhí)行多種控制程序的功能，以及針對自動化測試系統(tǒng)和試驗(yàn)臺的應(yīng)用平臺，單臺設(shè)備配置兩個(gè)壓力控制模塊，精度達(dá)到0.005%，在滿足工程應(yīng)用0.05%的基礎(chǔ)上應(yīng)用范圍可拓展十倍，因此選用低、中壓兩種模塊配置一個(gè)壓力控制器可以實(shí)現(xiàn)從微壓到中壓的范圍要求。
　　
　　數(shù)據(jù)采集器用于變送類壓力儀表的輸出電流或電壓檢測，在校準(zhǔn)智能壓力儀表時(shí)，其輸出電流需進(jìn)行測量，在多臺儀表校準(zhǔn)時(shí)，要求完成多點(diǎn)電流數(shù)據(jù)采集，采用五位半或六位半的多通道數(shù)據(jù)采集器可以滿足要求。
　　
　　工控機(jī)工控機(jī)是人機(jī)操作界面設(shè)備，兼具組態(tài)功能，由于儀表校準(zhǔn)和檢定屬于緩慢過程，對于工控機(jī)的掃描和采用速度要求較低，因此同精密電流表一樣，可供選擇的產(chǎn)品也很多，也可以采用個(gè)人PC替代。
　　
　　工控機(jī)具有網(wǎng)絡(luò)接口、安裝防病毒及防火墻軟件，可設(shè)置遠(yuǎn)程查詢及本地?cái)?shù)據(jù)修改權(quán)限。
　　
　　軟件組成
　　
　　人機(jī)界面系統(tǒng)的圖形操作界面信息豐富、直觀，可同時(shí)顯示4個(gè)通道的壓力、電流值及曲線，校驗(yàn)（檢定）數(shù)據(jù)合格或不合格以不同顏色指示，可快速確定超差點(diǎn)及超差范圍，操作通過二級菜單即可完成。還具有完備的校驗(yàn)（檢定）數(shù)據(jù)記錄存儲及分級管理功能。
　　
　　壓力儀表通信目前工業(yè)智能儀表絕大多數(shù)支持HART通信協(xié)議，HART可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議是一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議，操作人員或其他設(shè)備向壓力儀表發(fā)送指令（如設(shè)定值、量程、報(bào)警值等），同時(shí)也能實(shí)時(shí)地得到壓力儀表的信息，如測量值、環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行情況及設(shè)備校準(zhǔn)、自診斷情況、報(bào)警信息、故障數(shù)據(jù)等。
　　
　　被校準(zhǔn)或檢定儀表與工控機(jī)之間通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)通信，智能儀表的校準(zhǔn)可通過HART協(xié)議自動完成，可實(shí)現(xiàn)量程遷移，零點(diǎn)、滿量程或多點(diǎn)校準(zhǔn)。
　　
　　數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用ACCESS。系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲、查閱等操作都基于加密ACCESS數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包含儀表廠家數(shù)據(jù)庫、儀表信息數(shù)據(jù)庫、檢定記錄數(shù)據(jù)庫以及校準(zhǔn)和檢定數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫。廠家數(shù)據(jù)庫保存有各個(gè)廠家的代碼以及產(chǎn)品代碼等信息。儀表信息數(shù)據(jù)庫保存有儀表廠家、型號、位號、量程等信息，每次校準(zhǔn)或檢定時(shí)，如果此儀表已進(jìn)行過檢定，則調(diào)取儀表信息，否則自動保存此儀表信息。對于同一塊儀表可以進(jìn)行多次檢定，系統(tǒng)自動保存每次檢定結(jié)果到檢定結(jié)果數(shù)據(jù)庫中，查閱時(shí)系統(tǒng)自動列出各次檢定記錄。　　
　　系統(tǒng)功能
　　
　　系統(tǒng)采用了*的控制設(shè)備，充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，同時(shí)針對壓力儀表檢定和智能式壓力儀表的校準(zhǔn)工作進(jìn)行開發(fā)，通過通信軟件將構(gòu)成壓力儀表檢定和調(diào)試所包含的設(shè)備有機(jī)結(jié)合起來，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)完成全過程自動操作，具有實(shí)用性強(qiáng)、自動化程度高的特點(diǎn)，改變了常規(guī)壓力儀表的檢定校驗(yàn)?zāi)Ｊ剑瑢?shí)現(xiàn)了一鍵式過程全自動控制要求。
　　
　　檢定功能系統(tǒng)對需要檢定的壓力儀器儀表如壓力變送器、壓力開關(guān)等進(jìn)行自動檢定。根據(jù)國家規(guī)范，在檢定前在操作界面中設(shè)置相應(yīng)的產(chǎn)品廠家、檢定量程、檢定點(diǎn)以及產(chǎn)品必要的信息，系統(tǒng)自動完成正反行程檢定，對于每個(gè)檢定點(diǎn)系統(tǒng)自動加壓、穩(wěn)壓、數(shù)據(jù)記錄、誤差分析。全部檢定點(diǎn)完成后系統(tǒng)自動生成檢定報(bào)告，可通過打印機(jī)打印。用戶可根據(jù)需要調(diào)用歷史數(shù)據(jù)并做條件查詢。
　　
　　校準(zhǔn)功能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對壓力儀表進(jìn)行自動校準(zhǔn)和標(biāo)定。
　　
　　●智能壓力儀表校準(zhǔn)
　　
　　對帶HART通訊協(xié)議的智能變送器采取兩個(gè)步驟進(jìn)行，分為零點(diǎn)和量程調(diào)整、重新設(shè)定量程。校準(zhǔn)時(shí)將待校準(zhǔn)壓力儀表與系統(tǒng)做電氣和壓力通道連接，系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)置協(xié)議與儀表自動通信，此時(shí)通過系統(tǒng)操作界面可以讀取并修改變送器組態(tài)信息，如工位號、儀表描述、日期等數(shù)據(jù)，以便對變送器進(jìn)行校準(zhǔn)溯源。設(shè)置完相關(guān)參數(shù)后，系統(tǒng)自動對變送器進(jìn)行校準(zhǔn)，首先通過設(shè)置的校準(zhǔn)點(diǎn)對變送器4～20mA信號進(jìn)行校準(zhǔn)，可自定義校驗(yàn)點(diǎn)。校準(zhǔn)完畢后系統(tǒng)通過HART通信將校準(zhǔn)相關(guān)信息寫入到變送器中。同時(shí)生成報(bào)告，對校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔管理。
　　
　　●普通壓力儀表標(biāo)定
　　
　　普通壓力變送器將壓力變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)4~20mA輸出信號，輸出信號與壓力變量之間為連續(xù)線性函數(shù)關(guān)系。對于此類壓力變送器校準(zhǔn)首先需要設(shè)置校準(zhǔn)點(diǎn)，系統(tǒng)自動完成對每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)，記錄各點(diǎn)的電流輸出值，系統(tǒng)完成正反行程校驗(yàn)后，自動計(jì)算基本誤差與回差。如果基本誤差與回差超過允許誤差范圍，則需要操作人員對變送器進(jìn)行零點(diǎn)以及滿量程調(diào)整，直到誤差小于允許誤差范圍。
　　
　　應(yīng)用效果
　　
　　通過采用控制系統(tǒng)的4C技術(shù)，產(chǎn)品具備了人機(jī)界面友好、操作和編程簡單、自動化程度高、網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)架、經(jīng)濟(jì)效益突出等特點(diǎn)，符合現(xiàn)代管理需要，在2011年7月完成開發(fā)并經(jīng)過了考核驗(yàn)收，投入了實(shí)際使用，達(dá)到了預(yù)期指標(biāo)，主要體現(xiàn)在：
　　
　　●適應(yīng)儀器儀表技術(shù)的快速發(fā)展，改變了傳統(tǒng)的工業(yè)壓力儀表檢定和校準(zhǔn)模式，*了相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)空白。
　　
　　●取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過實(shí)際測算，在配置多通道單程校驗(yàn)的前提下，單臺儀表校驗(yàn)所需時(shí)間縮短到原來的六分之一，調(diào)試人員需求減少到原來的四分之一。
　　
　　●系統(tǒng)通過通信方式自動采集儀表信息和過程數(shù)據(jù)，并存儲在數(shù)據(jù)庫中，可通過網(wǎng)絡(luò)供相關(guān)部門查閱，減少了人工記錄存在的錯(cuò)誤隱患，滿足無紙辦公的需求，符合現(xiàn)代化管理的需要。
　　
　　本產(chǎn)品目前正在申請中國石化集團(tuán)行業(yè)專有技術(shù)和國內(nèi)技術(shù)，將來一定能獲得廣泛應(yīng)用。