基于GPIB的智能壓力表自動(dòng)標(biāo)定設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
本文介紹基于GPIB的智能壓力表自動(dòng)標(biāo)定設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的智能壓力儀表人工標(biāo)定方法存在一 系列的問題，不適合大規(guī)模批量生產(chǎn)。先進(jìn)的自動(dòng)化標(biāo)定設(shè)備是智能壓力儀表行業(yè)的楊心技術(shù)。基于GPIB的智能壓 力儀表自動(dòng)標(biāo)定設(shè)備借鑒國內(nèi)外自動(dòng)測試系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)，針對智能壓力儀表的生產(chǎn)標(biāo)定流程，提出基于GPIB總線 儀器平臺(tái)的智能壓力儀表自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。對提高智能壓力儀表的產(chǎn)品性能，提高產(chǎn)品的整體質(zhì)量水平都有 著非常重要意義。本設(shè)計(jì)解決了裝備SU造應(yīng)用的實(shí)際問題，是一項(xiàng)成功的自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用案例。
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。 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)，輸人數(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)輸人，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)，引人人為 誤差；第三，在標(biāo)定過程中，標(biāo)定人員要操作信號(hào)源、測 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。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)對各種測試儀器和設(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，形成較大的測控系統(tǒng)，高 效、靈活地完成組合測控任務(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)的控制下對測 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。
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。
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，總線就能對每一個(gè)GPIB接口儀器分別進(jìn)行聽說 操作。
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 會(huì)這，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)。
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)。
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。
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 寄存器進(jìn)行正確設(shè)置，才能實(shí)現(xiàn)對GPIB的各種操作。 以下是對芯片的初始化過程：
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)的輸人。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。
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)巳是必然。新器件、新技術(shù)、新工藝的發(fā)展對智 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。
