基于虛擬儀器技術兩線制流量計出廠檢測系統(tǒng)

杜文艷　馬潔光

摘要：基于虛擬儀器技術設計并實現(xiàn)了一種兩線制流量計出廠檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以PC機作為檢測控制主單元，采用MODBUS通信協(xié)議控制檢測裝置同步采樣標準和被檢流量計輸出的4～20mA電流信號;在LabWindows/CVI開發(fā)環(huán)境下開發(fā)了測試分析軟件，實現(xiàn)了出廠檢測數(shù)據(jù)的自動生成。該系統(tǒng)通過實際應用表明增強了產品出廠檢驗的可靠性，且操作簡單快捷，提高了生產效率。

關鍵詞：LabWindows/CVI;MODBUS;兩線制流量計;出廠檢測系統(tǒng)

中圖分類號：TP311 ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）15-0272-02

對于生產4～20mA兩線制方式的流量計儀表廠商來說，在進行儀表標校和出廠檢測時，必須通過同時讀取標準和被檢流量計的瞬時流量來完成。傳統(tǒng)的標校和檢測方法，一般采用人工測量輸出電流或讀取表頭示數(shù)，再通過人工處理來完成。這不僅需要多名檢測人員協(xié)同操作，且步驟煩瑣，測量結果還須進行人工處理，不僅消耗了大量的人力物力，且人為影響了測量精度。

本文給出的采用虛擬儀器技術設計實現(xiàn)簡易智能兩線制流量計檢測系統(tǒng)的方法，避免了檢測過程中人為因素的影響。系統(tǒng)以PC機作為檢測控制單元，通過采用MODBUS協(xié)議讀取檢測模塊測試的兩路流量計輸出的4～20mA瞬時流速信號，經計算分析實現(xiàn)了對模擬流速信號的統(tǒng)計和分析，以及測試記錄的記錄和檢測報告的自動生成功能。用戶通過操作軟件平臺就可以快速完成所需的檢測任務，并實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)、檢測報告的數(shù)字化、文檔化，提高了工作效率。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)工作示意圖如圖1所示。檢測時，流速測量裝置與PC機采用MODBUS協(xié)議接收工作PC機的測量指令，執(zhí)行測量任務，采集兩路流速模擬量信號送回PC機。PC機再按檢測要求對測量數(shù)據(jù)進行整理、分析、顯示和電子檢測報告的生成。

出廠檢測系統(tǒng)軟件基于Labwindows/CVI虛擬儀器軟件開發(fā)平臺進行開發(fā)，它是National Instruments公司推出的一種交互式C語言開發(fā)平臺。LabWindows/CVI 將功能強大、使用靈活的C 語言平臺與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測控專業(yè)工具有機地結合起來，利用它的集成化開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫函數(shù)大大增強了C語言的功能，為熟悉C語言的開發(fā)設計人員編寫檢測系統(tǒng)、自動測試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等應用軟件提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。

2 流量計出廠檢驗系統(tǒng)軟件

2.1 主要功能

軟件主要功能包括：（1）采用MODBUS協(xié)議讀取兩路流量計的瞬時電流值（4～20mA）;（2）對獲取的測量數(shù)據(jù)進行分析處理得到被校表的精度等級;（3）實現(xiàn)了工作PC機與兩路流量計瞬時流量的同步顯示;（4）自動生成EXCEL形式的測試和出廠報告。軟件的主界面如圖2所示。

2.2 瞬時流量采集

2.2.1 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

流量計出廠檢測系統(tǒng)與流速信號測量裝置的通信協(xié)議采用RTU形式的MODBUS協(xié)議，標準表的寄存器地址規(guī)定為00號地址，校驗表的寄存器地址規(guī)定為02號地址，具體通訊格式如下：

上位機命令格式：地址 03 00 00 00 02 CRC低位 CRC高位（讀標準表）

地址 03 00 02 00 02 CRC低位 CRC高位（讀校驗表）

下位機返回格式：地址 03 04 XX XX XX XX CRC低位 CRC高位

流速信號測量裝置收到標準表采集請求信息后，即可采集標準表的電流輸出，經內部標度變換程序將采樣值轉換為4～20的浮點數(shù)送回PC機;對校驗表的數(shù)據(jù)采集與傳遞同上所述。

2.2.2 MODBUS通信協(xié)議軟件實現(xiàn)

本系統(tǒng)，上位機與流速信號測量裝置之間采用RS-485協(xié)議進行通信。LabWindows/CVI的標準函數(shù)庫中RS-232的函數(shù)庫提供了各種方式的串行通信控制函數(shù)和I/O函數(shù)。本系統(tǒng)程序與流速信號測量裝置通信的主要函數(shù)有：

1）OpenComConfig （ComPort， ""， 9600， 0， 8， 1， 512， 512）;//打開串口，波特率為9600，無校驗，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，最大輸入和輸出隊列長度都為512;

2）InstallComCallback （ComPort， LWRS_RECEIVE，8， 0， ReceiveComData，（void *）0）;//當接收緩沖區(qū)里面有8個數(shù)時開始啟動ReceiveCOMData函數(shù);

3）void ReceiveComData（int ComPort，int eventMask，void *callbackData）; //串行數(shù)據(jù)接收函數(shù)。

2.2.3 數(shù)據(jù)標校點獲取的實現(xiàn)

按照流量計校驗規(guī)程要求，每個流量點的重復檢定次數(shù)應不少于3次，每次檢定時間應不小于30秒，檢定點應包含流量計最小流量和最大流量在內的至少6個點，且均勻分布。本軟件給出了采樣間隔時間以及測試時間設定選擇，這樣可方便用戶根據(jù)具體需要進行測試點數(shù)和測試點的檢定次數(shù)的在線選擇。

2.3 EXCEL校驗表單生成和保存

流量計出廠檢測系統(tǒng)主要是通過在線檢測實現(xiàn)出廠報告單的自動生成，因此選用了EXCEL作為輸出工具。微軟EXCEL提供了一種方法為開發(fā)人員通過編程控制的ActiveX接口的所有功能。為了簡化開發(fā)，Labwindows/CVI提供了一個EXCEL的庫，簡化了通過其自動化的ActiveX接口EXCEL的過程。

系統(tǒng)處理獲取完各點校驗數(shù)據(jù)后，保存校驗數(shù)據(jù)按鈕變?yōu)橛行А．斢脩酎c擊此按鈕，系統(tǒng)通過調用ActiveX組件，實現(xiàn)對EXCEL文件的操作。本系統(tǒng)用到對EXCEL的主要操作有：

1）聲明的與EXCEL操作有關的全局變量

static CAObjHandle applicationHandle = 0;//EXCEL應用程序對象句柄

static CAObjHandle workbookHandle = 0;//工作簿對象句柄

static CAObjHandle worksheetHandle = 0;//工作表對象句柄

2）啟動EXCEL，并打開工作簿模板

status=ExcelRpt_ApplicationNew（0，&applicationHandle）; ? //啟用excel

if（status<0）{MessagePopup（"啟動Excel錯誤！"，""）; break;}

GetProjectDir（ExcelFileName）;

strcat（ExcelFileName，"＼＼模板.xls"）;//獲取模板文件名稱

ExcelRpt_WorkbookOpen（applicationHandle，ExcelFileName，&workbookHandle）;//打開工作簿

ExcelRpt_GetWorksheetFromIndex（workbookHandle，1，&worksheetHandle）;//打開表單

3）寫入數(shù)據(jù)

由于系統(tǒng)向EXCEL寫入的數(shù)據(jù)有浮點數(shù)、整型數(shù)和字符串信息，因此寫入數(shù)據(jù)時應對不同的數(shù)據(jù)類型進行單獨操作，下面給出了向EXCEL寫入儀表名稱的程序代碼。

GetCtrlVal（panelHandle，PANEL_STR_Name， MeterName）;//獲取儀表名稱

ExcelRpt_SetCellValue（worksheetHandle，"B4"，ExRConst_dataString， MeterName）;//儀表名稱寫入EXCEL

4）保存文件并退出應用程序

error = Excel_WorkbookSaveAs （workbookHandle， NULL， MyVariant，CA_DEFAULT_VAL， CA_DEFAULT_VAL，CA_DEFAULT_VAL，CA_DEFAULT_VAL，CA_DEFAULT_VAL， xcelConst_xlNoChange， #define CA_DEFAULT_VAL， CA_DEFAULT_VAL，

CA_DEFAULT_VAL， CA_DEFAULT_VAL）;//保存當前校驗信息

CA_DiscardObjHandle（worksheetHandle）;//釋放工作表句柄

ExcelRpt_WorkbookClose（workbookHandle，0）;

CA_DiscardObjHandle（workbookHandle）; //釋放工作簿句柄

ExcelRpt_ApplicationQuit（applicationHandle）;

CA_DiscardObjHandle（applicationHandle）; //關閉excel

3 結束語

使用虛擬儀器LabWindows/CVI平臺開發(fā)的兩線制流量計出廠檢測及報告自動生成系統(tǒng)具有開發(fā)周期短、成本低、操作方便、工作穩(wěn)定性好等優(yōu)點。設備在流量計生產廠家經過近半年的運行也證明了此系統(tǒng)的開發(fā)是成功的。

參考文獻：

[1] GB/T 19022-2003.測量管理體系·測量過程和測量設備的要求[S].

[2] 張光，盧良.流量計在線自動標定的設計與實現(xiàn)[J].控制工程，2006， 13（9）.：207～209.

[3] 王建新，楊世風，隋美麗.LabWindows/CVI測試技術及工程應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

【通聯(lián)編輯：梁書】