标准金属量器量值溯源系统控制软件设计方案

陈 华，李勇军，程 霞，耿洪燕，张绍华，杨焕诚

(1.内蒙古自治区计量测试研究院，内蒙古 呼和浩特 010000；2.包头市检验检测中心，内蒙古 包头 014000；3.赤峰市产品质量检验检测中心，内蒙古 赤峰 024000)

金属量器量值溯源系统由一等金属量器标准装置为主标准器，通过容积法以纯净水为溯源介质，将容量量值传递给二等及以下标准金属量器及工作用金属量器。主标准器量值溯源至国家容量基准。系统硬件由供水系统、水质净化处理系统、标准量值提供装置、调试装置、读数装置、污水处理系统等组成。电源AC220 V、功率2.5 kW、外设通信接口RS485、PLC通信方式TCP/IP、电流输入0～20 mA(4 mA～20 mA)分辨率16位。由数据处理和报表形成系统及检校质量控制部分组成。量传过程符合国家容量量值传递系统表和检校依据方法JJG259-2005《金属量器》的要求。系统既可进行容量量值传递又能取得计量比对参考值，还能提供标准金属量器检定或校准结果的重复性试验及计量标准的稳定性考核，作为CNAS及其他相关校准实验室标准金属量器能力验证/测量审核(PT)提供者计量标准装置。

1 检校软件概述

检校软件专用于金属量器溯源系统的自动化控制和数据计算。提供预置化检校方案、过程自动控制、数据辅助计算和存储。操作者可通过计算机实现金属量器的全流程检校。系统以检校过程中需要的人机界面为基本载体，其间包含画面动画、过程数据显示等通用功能。将硬件通信、检定规程、流程控制等独立性较强的功能设为独立的功能模块，模块与主体框架间采用通用接口，以便于不同模块、模块内功能函数的数据交换。计算机配置和软件环境如表1、表2所示。

表1 计算机配置

表2 软件环境

2 检校软件主要功能

2.1 人机交互

软件主界面以平面图的形式直观反映现场各设备的运行状态，实时展示关键过程数据、检校流程信息等关键信息。以图形化简洁符号表示系统中的各类设备，操作人员可通过对这些符号的点击直接操控与之相对应的设备，并以颜色、文字、动态效果展示系统在运行过程中各设备的工作状态。各采集点的压力、温度液位等实时显示在其设备所对应的位置上，阀门、泵组等设备的信息、状态随系统内硬件设备的动态实时更新，操作人员可通过软件界面实时、准确地掌握整套装置的运行状态。

2.2 预置检校方案

预置检校方案分为两部分，一部分为被检金属量器的基本信息录入，包括生产厂家、规格型号、设备编码、准确度等级、测量范围、溯源方式等基本信息。另一部分为检校过程基本参数，包括所选标准金属量器、稳定时间、残留时间、检校次数等信息。用户可根据需要自由设置，设置完成的自定义检校方案可编制单独的编号、名称后存入数据库，用以日后相似实验的重复使用或对以往实验过程的复查。

2.3 自动化检校流程

系统将根据检校方案开启自动化检校流程。全程检校由软件根据反馈信息自动判断系统状态、检校进程，自动完成整个检校过程，并存储检校数据、辅助分析误差、出具记录证书。检测流程见图1。

2.4 数据记录及存储

系统默认将检定数据存入Access，每台被测量器的检定数据对应唯一的记录编号，并根据检校时间排列。保证了数据的唯一性，避免与数据库中的其他批次的检定数据混淆。检定过程完全结束后，检定数据在保存至数据库的同时生成一份电子版的原始记录，记录以Excel的形式输出。考虑到各地用户的需求和管理规范有所差异，可根据用户的定制要求，专门制作符合用户需求的报表系统。系统具备独立的查询统计模块，可根据时间、人员、厂家等信息单独或组合查询，并将所有符合条件记录的基本信息以列表形式显示，便于使用者进一步筛选。使用者可将选中的记录以电子表格的形式输出，其输出格式默认与原始记录格式相同。

2.5 权限管理

系统设有权限管理功能，通过对登录用户的权限分级实现不同功能的使用限定。即数据库的删除、查询等涉及检测数据、设备安全的操作需要高级权限方可使用。权限管理见表3。

表3 权限管理

一级管理员权限，享有这一级权限的用户可实现对系统的完全控制，即包括设备参数设置、过程参数设置、设备操作、检定操作、数据库操作、输出记录等功能的完全控制权限。

二级操作员权限，享有这一级权限的用户可实现对系统检定功能的完全控制，即包括检测过程参数的设置、设备操作、检定操作、生成记录、输出记录等与金属量器检定过程相关的功能的完全控制权限。

3 系统结构

系统采用撬装式结构。系统由水箱、泵组、高位水箱及500 L～100 L标准金属量器组、50 L～10 L标准金属量器组、5 L～1 L标准金属量器组、污水罐组成，如图2～图6所示，该结构设计简单，方便实用。对场地要求较低，方便用户便携式操作，各撬装单元自由组合，可满足多组实物量具——标准金属器不同标称容量值传递的需要。

上述软件控制系统操作简便，界面友好，示意图直观，自动化程度高。适合金属量器的容量比较法容积检定/校准，即由一等标准金属量器向二等及以下金属量器标准装置直至工作用金属量器进行量值传递，确定被检定/校准金属量器壁厚、标称容量高度值、计量颈分度容量、示值误差、重复性误差等计量特性和参数。通过修正介质温度并计算得到20℃条件下被检定/校准量器标称容量对应的液位高度。