基于PXI平臺(tái)的通用火化機(jī)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

史 峰, 何曉鳳

(1.民政部一零一研究所，北京 100070; 2.廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545004)

0 引言

火化機(jī)是我國(guó)促進(jìn)殯葬改革，推行火葬的重要裝備，是完成遺體火化功能的核心設(shè)備。通過(guò)對(duì)火化機(jī)的質(zhì)量檢測(cè)和能力評(píng)定，可以淘汰落后的技術(shù)及產(chǎn)能，提升殯葬行業(yè)科技創(chuàng)新及新裝備轉(zhuǎn)化能力，促進(jìn)殯葬行業(yè)向節(jié)能環(huán)保方向轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及“綠色殯葬”的人文理念。

現(xiàn)有的火化機(jī)一般采用外圍組件互連(PLC,peripheral component interconnection)控制，其狀態(tài)監(jiān)測(cè)也由PLC控制系統(tǒng)代勞，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有限，并無(wú)獨(dú)立的第三方檢測(cè)系統(tǒng)[1-4]。當(dāng)前火化機(jī)質(zhì)檢工作均采用傳統(tǒng)儀表進(jìn)行，檢測(cè)方式為單儀表對(duì)應(yīng)單項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目，數(shù)據(jù)采用手工記錄，檢測(cè)方式落后。隨著火化機(jī)同步檢測(cè)和處理的數(shù)據(jù)量日趨增加，信號(hào)采集的響應(yīng)速度也要求越來(lái)越快，但是檢測(cè)的參數(shù)類型卻日益分散，傳統(tǒng)檢測(cè)方式已不能滿足火化機(jī)質(zhì)檢工作的需要。因此，研制可采集大容量多種類數(shù)據(jù)、快速響應(yīng)、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)自動(dòng)化的獨(dú)立第三方集成質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的需求越來(lái)越迫切。

火化機(jī)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)面對(duì)的被測(cè)對(duì)象待檢數(shù)據(jù)種類繁多、被測(cè)對(duì)象現(xiàn)有型號(hào)不一致、未來(lái)還有可能新增型號(hào)。因此，質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)需具備通用性和擴(kuò)展性，其基礎(chǔ)平臺(tái)的選擇尤為重要。檢測(cè)系統(tǒng)作為測(cè)試領(lǐng)域的集成系統(tǒng)，其基礎(chǔ)平臺(tái)目前成熟應(yīng)用的有PLC、PCI、面向儀器系統(tǒng)的VME總線擴(kuò)展(VXI,VMEbus extensions for instrumentation)以及面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展(PXI,PCI extensions for instrumentation)。由于檢測(cè)系統(tǒng)通用性和擴(kuò)展性的需求，并考慮成本因素，高性價(jià)比的PXI平臺(tái)無(wú)疑是最佳選擇。PXI平臺(tái)于1998年正式推出，隨后便得到迅速普及和廣泛應(yīng)用[5-7]。目前，PXI平臺(tái)被廣泛應(yīng)用于航空航天、鐵路、汽車、電站等領(lǐng)域的測(cè)試中[8-12]，并在國(guó)產(chǎn)化自主可控方面取得了較大的進(jìn)展[13-14]。

本文將基于PXI平臺(tái)設(shè)計(jì)通用的火化機(jī)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，首先根據(jù)多型號(hào)兼容性和后續(xù)可擴(kuò)展性的要求進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理和數(shù)據(jù)采集需求進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，隨后進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成并實(shí)現(xiàn)后，進(jìn)行實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)，并與現(xiàn)有經(jīng)過(guò)計(jì)量認(rèn)證的檢測(cè)儀器進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證本系統(tǒng)的有效性和準(zhǔn)確性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

文獻(xiàn)[15-18]規(guī)范了火化機(jī)及火葬場(chǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)火化機(jī)及其排放的要求，本系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

1)溫度檢測(cè)內(nèi)容：主燃室溫度、再燃室溫度和表面溫度，測(cè)量范圍：0～1 000 ℃，檢測(cè)誤差：不大于1.5%；

2)壓差檢測(cè)內(nèi)容：主燃室負(fù)壓，測(cè)量范圍：-200～+200 Pa，檢測(cè)誤差：不大于1.5%；

3)流量檢測(cè)內(nèi)容：耗油量，測(cè)量范圍：，0～100 L，檢測(cè)誤差：不大于1.5%；

4)噪聲檢測(cè)內(nèi)容：環(huán)境噪聲，測(cè)量范圍：0～100 dB，檢測(cè)誤差：不大于2%；

5)氣體檢測(cè)內(nèi)容：含氧量和污染物濃度，測(cè)量范圍：含氧量(0～25%)、一氧化碳(0～2 000 ppm)、二氧化硫(0～100 ppm)、氮氧化物(0～500 ppm)，檢測(cè)誤差：不大于5%；

6)系統(tǒng)應(yīng)具備擴(kuò)展性，通過(guò)添加軟硬件配置可較簡(jiǎn)單的增加新檢測(cè)項(xiàng)目。

由于檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器較多，信號(hào)類型繁雜，同時(shí)考慮到殯儀館的特殊環(huán)境，檢測(cè)人員應(yīng)盡量遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)。因此在物理結(jié)構(gòu)上，采用分級(jí)管理的原則：傳感器負(fù)責(zé)底層數(shù)據(jù)感知，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)負(fù)責(zé)采集傳感器數(shù)據(jù)，另采用車載檢測(cè)模式負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理與分析，以此實(shí)現(xiàn)高效率移動(dòng)檢測(cè)。檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖1中，實(shí)線方框內(nèi)為本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容，系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)和車載檢測(cè)子系統(tǒng)組成。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)包含PXI平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)、檢測(cè)電纜、傳感器等，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)作為下位機(jī)配置多類型PXI數(shù)據(jù)采集卡用于連接各傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠寇囕d檢測(cè)子系統(tǒng)。車載檢測(cè)子系統(tǒng)包含PXI平臺(tái)車載檢測(cè)機(jī)及打印機(jī)等附屬設(shè)備，車載檢測(cè)機(jī)通過(guò)替換PXI板卡可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)的互備份，車載檢測(cè)機(jī)接收到原始數(shù)據(jù)后進(jìn)行運(yùn)算、分析、以及數(shù)據(jù)保存、查詢和回放等操作，并通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心作為火化機(jī)研發(fā)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)完成后，車載檢測(cè)機(jī)可直接打印檢測(cè)報(bào)告。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

通用火化機(jī)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件主要由車載檢測(cè)子系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)兩大部分組成，兩部分核心設(shè)備均為PXI平臺(tái)。PXI總線設(shè)備具有開放性和模塊化的特點(diǎn)，能滿足本系統(tǒng)基于外圍組件互聯(lián)的要求，便于整合各傳感器之間的信號(hào)以及系統(tǒng)未來(lái)隨著檢測(cè)項(xiàng)目增加后的擴(kuò)展應(yīng)用。其中：現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)主要包含由PXI平臺(tái)和數(shù)據(jù)采集PXI板卡組成的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)以及相關(guān)傳感器等，車載檢測(cè)子系統(tǒng)包含由PXI平臺(tái)和附屬PXI板卡組成的車載檢測(cè)機(jī)以及檢測(cè)報(bào)告打印設(shè)備等。硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 硬件架構(gòu)總體設(shè)計(jì)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)主要包含由PXI平臺(tái)和數(shù)據(jù)采集PXI板卡組成的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)以及相關(guān)傳感器等。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)PXI平臺(tái)采用PXI-9106機(jī)箱，為6槽結(jié)構(gòu)便攜式PXI機(jī)箱，具備通用PXI功能。機(jī)箱采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適用于本檢測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)合。基于PXI平臺(tái)配置接口提供內(nèi)部供電、信號(hào)匹配電路等與前端傳感器完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電壓、電流、熱電偶等信號(hào)的采集。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)配置如表1所示。

表1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)硬件配置

根據(jù)目前的應(yīng)用需求，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)參數(shù)硬件配置如表2所示。

表2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)參數(shù)硬件配置

火化機(jī)的主燃室、再燃室和表面溫度采用普通K分度熱電偶來(lái)測(cè)量。結(jié)合本系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)上采用的PXI-3281熱電偶板卡，將檢測(cè)熱電偶接入板卡外接的恒溫接線盒上，通過(guò)接線盒中靠近接線端子位置的冷端補(bǔ)償熱敏電阻，可以更精確的取得冷端補(bǔ)償溫度。電壓信號(hào)送至現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)中，再結(jié)合冷端補(bǔ)償溫度信號(hào)計(jì)算獲得檢測(cè)溫度數(shù)據(jù)。

火化機(jī)主燃室負(fù)壓指的是火化機(jī)主燃室工作時(shí)的壓力與環(huán)境中大氣的壓力差，采用壓差計(jì)測(cè)量。在檢測(cè)中，通過(guò)火化機(jī)主燃室開設(shè)的檢測(cè)孔來(lái)獲得其內(nèi)部高溫氣體的壓強(qiáng)，經(jīng)過(guò)U型不銹鋼管降溫后接入壓差變送器的高壓端，壓差計(jì)的低壓端暴露在空氣中，與大氣壓力一致。壓差計(jì)兩端的壓力差值轉(zhuǎn)換為4～20 mA電流信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，壓差計(jì)的電流模擬信號(hào)通過(guò)電纜與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的I-V信號(hào)轉(zhuǎn)換盒連接并轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，再輸入PXI-3364多功能數(shù)據(jù)采集卡中進(jìn)行計(jì)算獲得主燃室壓差。火化機(jī)的耗油量采用流量計(jì)檢測(cè)，也為4～20 mA信號(hào)，因此也可采用上述原理采集至現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)中。

單具遺體的火化時(shí)間是衡量火化機(jī)工作效率的指標(biāo)。原有檢測(cè)方式是在爐門關(guān)閉后依靠秒表來(lái)手工測(cè)量整個(gè)火化時(shí)間。在本系統(tǒng)中，通過(guò)PXI-3305開關(guān)量板卡檢測(cè)火化機(jī)爐門的行程開關(guān)信號(hào)作為起始時(shí)間，用控制器的時(shí)鐘來(lái)直接測(cè)量火化遺體的時(shí)間。同理，燃燒器啟停信號(hào)也可通過(guò)開關(guān)量板卡采集。

環(huán)境噪聲采用噪聲儀檢測(cè)，污染物濃度采用煙氣傳感器檢測(cè)，兩者均采用MODBUS總線協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，因此可通過(guò)PXI-6200串口卡配置為RS485模式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)通過(guò)配置具體的通訊協(xié)議即可采集相關(guān)傳感器的數(shù)據(jù)。

2.2 車載檢測(cè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車載檢測(cè)子系統(tǒng)包含PXI平臺(tái)車載檢測(cè)機(jī)及打印機(jī)等附屬設(shè)備，PXI平臺(tái)采用PXI-9108機(jī)箱，為寬溫版8槽PXI機(jī)箱，提供1個(gè)系統(tǒng)槽和7個(gè)PXI外圍卡槽。機(jī)箱符合PXI觸發(fā)總線、星形觸發(fā)、PXI局部總線和10 MHz參考時(shí)鐘要求，機(jī)箱工作溫度-20～+70 ℃，可滿足車載工作環(huán)境下的檢測(cè)應(yīng)用。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)子系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集后，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠寇囕d檢測(cè)機(jī)中，車載檢測(cè)機(jī)接收到數(shù)據(jù)后實(shí)時(shí)顯示火化機(jī)檢測(cè)參數(shù)曲線，進(jìn)行數(shù)據(jù)保存及查詢等操作，并通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心。車載檢測(cè)機(jī)在本系統(tǒng)中不僅作為上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，同時(shí)還具備其他的功能。通過(guò)配置示波器信號(hào)源卡，可在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備故障時(shí)提供現(xiàn)場(chǎng)故障診斷和信號(hào)分析；配置可編程電阻負(fù)載卡，可對(duì)全系統(tǒng)實(shí)施阻抗匹配與校調(diào)；配置高精度時(shí)間同步器，作為系統(tǒng)的時(shí)鐘源，為系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的時(shí)域信號(hào)基準(zhǔn)。車載檢測(cè)機(jī)具體配置如表3所示。

表3 車載檢測(cè)機(jī)硬件配置

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為達(dá)到火化機(jī)數(shù)據(jù)采集通用性和擴(kuò)展性的需求，同時(shí)考慮到基于PXI的硬件平臺(tái)，采用LabVIEW作為開發(fā)通用火化機(jī)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)軟件的平臺(tái)。LabVIEW是一個(gè)適合儀器測(cè)量測(cè)試人員使用的圖形化開發(fā)環(huán)境，經(jīng)常與PXI硬件搭配使用。軟件自帶的組件，能讓開發(fā)者靈活搭建系統(tǒng)架構(gòu)并且快速實(shí)現(xiàn)模塊功能，縮短了檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)的周期，易于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的功能。

根據(jù)通用火化機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的需求和硬件架構(gòu)，對(duì)通用火化機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)軟件提出如下需求：

1)驅(qū)動(dòng)PXI板卡實(shí)現(xiàn)對(duì)各信號(hào)類型傳感器的數(shù)據(jù)采集；

2)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)和車載檢測(cè)機(jī)的軟件通用，采用軟開關(guān)進(jìn)行功能切換；

3)具備通訊功能，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)機(jī)和車載檢測(cè)機(jī)的通訊，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與公網(wǎng)連接向服務(wù)器發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)；

4)具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和人機(jī)交互等功能。

根據(jù)軟件的功能需求，可劃分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、局域網(wǎng)通訊模塊、公網(wǎng)通訊模塊、人機(jī)交互模塊和任務(wù)調(diào)度模塊。軟件總體框架如圖3所示。

圖3 軟件總體框架

數(shù)據(jù)采集模塊主要負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)兼容熱電偶、電壓、電流、開關(guān)量、數(shù)字量、總線通訊等信號(hào)的接入；數(shù)據(jù)庫(kù)模塊用于存儲(chǔ)檢測(cè)系統(tǒng)采集的傳感器數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)用戶管理數(shù)據(jù)；局域網(wǎng)通訊模塊用于系統(tǒng)上下位機(jī)之間的通訊和數(shù)據(jù)傳輸；公網(wǎng)通訊模塊用于向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送檢測(cè)信息；人機(jī)交互模塊包括用戶登錄及權(quán)限管理、檢測(cè)任務(wù)用戶操作、數(shù)據(jù)分析等人機(jī)友好界面；以上所有模塊均由任務(wù)調(diào)度模塊進(jìn)行調(diào)度，實(shí)現(xiàn)合理的資源配置和調(diào)用。

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集模塊的軟件流程如圖4所示。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入開始狀態(tài)時(shí)，程序進(jìn)入初始化狀態(tài)，依照端口啟動(dòng)各數(shù)據(jù)采集的PXI板卡，采樣系統(tǒng)處于待命狀態(tài)，并循環(huán)檢測(cè)爐門的狀態(tài)。以爐門關(guān)閉作為系統(tǒng)檢測(cè)開始的指令，系統(tǒng)進(jìn)入采樣狀態(tài)，若爐門關(guān)閉指令未執(zhí)行，則系統(tǒng)繼續(xù)保持待命。采樣開始后，板卡依次檢測(cè)各端口的信號(hào)值，并將數(shù)值送入板卡緩存中，系統(tǒng)按照設(shè)定的采樣率從板卡緩存中調(diào)用端口值。采樣數(shù)據(jù)依時(shí)間先后順序，放入存儲(chǔ)區(qū)，直至手動(dòng)下達(dá)檢測(cè)停止指令。檢測(cè)停止后，系統(tǒng)關(guān)閉板卡，并停止數(shù)據(jù)采集。

圖4 數(shù)據(jù)采集軟件模塊流程圖

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)主要用于采集數(shù)據(jù)和用戶管理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，根據(jù)需求采用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，并設(shè)計(jì)采集數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶數(shù)據(jù)庫(kù)分別存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)。

采集數(shù)據(jù)庫(kù)包含任務(wù)數(shù)據(jù)表和采集數(shù)據(jù)表，任務(wù)數(shù)據(jù)表主要用于記錄任務(wù)的時(shí)間和狀態(tài)等，具體數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)如表4所示。

表4 任務(wù)數(shù)據(jù)表具體設(shè)計(jì)

采集數(shù)據(jù)表用于記錄采集到的傳感器數(shù)據(jù)，與任務(wù)關(guān)聯(lián)，具體數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)如表5所示。

表5 采集數(shù)據(jù)表具體設(shè)計(jì)

軟件使用SQL語(yǔ)言操作數(shù)據(jù)庫(kù)，并將任務(wù)數(shù)據(jù)表的增刪改與采集數(shù)據(jù)表的增刪改等操作封裝為統(tǒng)一模塊，便于任務(wù)調(diào)度模塊進(jìn)行調(diào)度。

3.3 局域網(wǎng)通訊模塊設(shè)計(jì)

局域網(wǎng)通訊模塊用于局域網(wǎng)內(nèi)上下位機(jī)的通訊，本系統(tǒng)軟件將局域網(wǎng)的通訊劃分為通訊連接、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收等三大模塊，供任務(wù)調(diào)度模塊調(diào)用。通過(guò)模塊的自定義調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)、下位機(jī)、單機(jī)等角色的軟切換，實(shí)現(xiàn)一套多用。

本系統(tǒng)軟件上下位機(jī)通訊選用TCP通訊模式，實(shí)現(xiàn)可靠的連接。而由于TCP連接的建立必須要知道服務(wù)器的IP地址，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)頗為不便。因此，本機(jī)創(chuàng)新性的采用UDP+TCP聯(lián)合模式進(jìn)行連接的建立，以上位機(jī)為服務(wù)器，利用UDP廣播功能查找服務(wù)器IP，確定IP后利用TCP建立連接，實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)智能識(shí)別連接。局域網(wǎng)通訊流程如圖5所示。

圖5 局域網(wǎng)通訊流程圖

3.4 公網(wǎng)通訊模塊設(shè)計(jì)

公網(wǎng)通訊模塊用于向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送檢測(cè)數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)軟件采用TCP/IP方式與遠(yuǎn)程服務(wù)器建立通訊連接，并向其發(fā)送數(shù)據(jù)。公網(wǎng)通訊模塊采用標(biāo)準(zhǔn)接口封裝，供任務(wù)調(diào)度模塊進(jìn)行調(diào)度。公網(wǎng)通訊使用時(shí)，須由用戶輸入公網(wǎng)IP和端口號(hào)，用于通訊的連接。公網(wǎng)通訊流程如圖6所示。

圖6 公網(wǎng)通訊流程圖

3.5 人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)

人機(jī)交互模塊主要指用戶操作界面，包含主界面、在線監(jiān)測(cè)界面、歷史數(shù)據(jù)界面、用戶管理界面、通訊設(shè)置界面、關(guān)于界面等。

主界面主要為系統(tǒng)展示和用戶登錄界面，采用簡(jiǎn)潔大方的設(shè)計(jì)樣式；在線監(jiān)測(cè)界面可實(shí)時(shí)顯示接收的數(shù)據(jù)；歷史數(shù)據(jù)界面主要進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢、分析、導(dǎo)出等操作；用戶管理界面對(duì)用戶進(jìn)行增刪改及權(quán)限設(shè)置等管理；通訊設(shè)置界面可對(duì)通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；關(guān)于界面為本系統(tǒng)軟件版權(quán)聲明。軟件主界面如圖7所示。

圖7 軟件主界面圖

進(jìn)入軟件主界面后，輸入用戶名、密碼，選擇運(yùn)行模式，即可登錄。軟件登錄后，默認(rèn)顯示在線監(jiān)測(cè)界面，具體如圖8所示。

圖8 軟件默認(rèn)運(yùn)行界面圖

出于篇幅考慮，不再一一展示軟件界面。至此，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)完成，通用火化機(jī)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)行其軟件，即可執(zhí)行火化機(jī)質(zhì)量檢測(cè)任務(wù)。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本系統(tǒng)研制完成后，為驗(yàn)證其用于火化機(jī)質(zhì)量檢測(cè)的有效性和準(zhǔn)確性，首先在某計(jì)量檢測(cè)中心進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)量檢測(cè)，然后又將檢測(cè)系統(tǒng)安裝于某殯儀館進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

計(jì)量檢測(cè)中，由于計(jì)量檢測(cè)中心的計(jì)量設(shè)備限制，僅能對(duì)溫度、壓差和氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)，耗油量和噪聲暫時(shí)無(wú)法檢測(cè)。由于主燃室溫度、再燃室溫度和表面溫度原理相同，本次檢測(cè)僅將主燃室溫度作為溫度檢測(cè)項(xiàng)進(jìn)行檢測(cè)。各項(xiàng)參數(shù)的具體檢測(cè)方案如下：

1)溫度檢測(cè)：將計(jì)量熱電偶(1級(jí)精度)與本系統(tǒng)溫度傳感器同時(shí)放置于溫箱中，調(diào)節(jié)溫箱至指定溫度，穩(wěn)定后計(jì)算本系統(tǒng)溫度測(cè)量值相對(duì)于計(jì)量熱電偶測(cè)量值的誤差；

2)壓差檢測(cè)：將計(jì)量壓力表(0.02級(jí)精度)與本系統(tǒng)壓差傳感器同時(shí)安裝于標(biāo)準(zhǔn)壓力發(fā)生器上，調(diào)節(jié)壓力發(fā)生器至指定壓強(qiáng)，穩(wěn)定后計(jì)算本系統(tǒng)壓差測(cè)量值相對(duì)于計(jì)量壓力表測(cè)量值的誤差；

3)氣體濃度檢測(cè)：制備指定濃度的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(誤差不大于3%)，使用本系統(tǒng)氣體傳感器進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算本系統(tǒng)測(cè)量值相對(duì)于氣體制備值的誤差。

計(jì)量檢測(cè)的檢測(cè)結(jié)果如表6所示，其中實(shí)際值指計(jì)量?jī)x器測(cè)量值或氣體制備值。

表6 計(jì)量檢測(cè)結(jié)果

從計(jì)量檢測(cè)的檢測(cè)結(jié)果可以看出，本系統(tǒng)各參數(shù)測(cè)量值相對(duì)于計(jì)量?jī)x器的誤差均滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的要求，驗(yàn)證了本系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

在某殯儀館現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，將本單位原有在用檢測(cè)儀器作為比對(duì)儀器與本系統(tǒng)同時(shí)安裝于火化機(jī)相應(yīng)位置中，對(duì)比兩者的偏差。由于被測(cè)火化機(jī)沒有再燃室，因此檢測(cè)項(xiàng)目中沒有再燃室溫度檢測(cè)項(xiàng)。比對(duì)儀器檢定/校準(zhǔn)證書均在有效期內(nèi)，儀器精度均能達(dá)到計(jì)量認(rèn)證的要求。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試完成后，將本系統(tǒng)測(cè)量值與比對(duì)儀器測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算本系統(tǒng)測(cè)量值相對(duì)于比對(duì)儀器的誤差，結(jié)果如表7所示。

表7 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從殯儀館現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果可以看出，本系統(tǒng)各參數(shù)測(cè)量值相對(duì)于比對(duì)儀器的誤差均在系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，驗(yàn)證了本系統(tǒng)的有效性。為保證測(cè)量精度長(zhǎng)期穩(wěn)定，本系統(tǒng)將定期送至計(jì)量單位檢定和校準(zhǔn)，檢定和校準(zhǔn)結(jié)果作為本系統(tǒng)各參數(shù)測(cè)量的修正值使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合檢測(cè)活動(dòng)的需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案，搭建以PXI總線技術(shù)為基礎(chǔ)的硬件平臺(tái)，對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行選型。在硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，搭建以LabVIEW為開發(fā)工具的系統(tǒng)軟件，通過(guò)設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)，編制功能模塊，建立數(shù)據(jù)庫(kù)及管理模式等工作，最終完成了基于PXI平臺(tái)的通用火化機(jī)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)研制完成后，可建立火化機(jī)長(zhǎng)期有效的數(shù)字化檢測(cè)平臺(tái)，檢測(cè)活動(dòng)獲得的數(shù)據(jù)可作為火化機(jī)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)及研發(fā)的基礎(chǔ)。