設計了帶有模擬信號采集和輸出功能的通用型氣體質量流量計數據采集系統，實現了系統與被測流量計的數據通信，改變了無法校準氣體質量流量計變送器和氣體質量流量控制器的現狀。
0.引言
擁有較高準確度和實現各類信號通信的氣體質量流量計和氣體質量流量控制器是當今工業測控領域使用越來越多的流量顯示儀表和流量控制儀表 ，然而對氣體質量流量計的校準還基本停留在人工讀數的原始階段。有一些使用在集成控制設備中的氣體質量流量計甚至不帶數顯，模擬信號通信，使用目測讀數法，顯然不能滿足使用要求。
為了校準這部分流量計和逐步淘汰以人工讀數為主的測量方法，設計了帶有模擬信號采集和輸出功能的通用型氣體質量流量計數據采集系統，實現了系統與被測流量計的數據通信。整套裝置可根據預設流量點，完成流量計的校準工作，并輸出原始記錄。
1.系統的硬件架構
通用型氣體質量流量計數據采集系統示意圖如圖 1 所示。系統硬件部分由氣源、流量控制閥、被測氣體質量流量計或控制器、標準器串聯而成。
系統設計以 PC 機為上位機，PLC 可編程邏輯控制器為下位機。硬件部分還包括 PC/PPI cable 上下位機數據連接線、氣體質量流量控制器（量程分別為 5~500 mL/min、500~5 000 mL/min 和 5 000~
5 0000 mL/min）、溫度變送器（15~25 ℃）、壓力變送器（95~108 kPa）和 SL-800 型活塞式氣體流量標準裝置（5~50 000 mL/min）。系統硬件架構如圖 2 所示。
1.1上位機
該系統的上位機安裝有 LabVIEW、OPC Servers、Step7_MICRO/WIN V4.0 軟件，分別對上位機程序、上下位機數據交換、下位機程序進行編程。
1.2下位機
下位機選用 PLC 可編程邏輯控制器。該控制器包含兩路 0~10 V 模擬輸入、四路 4~20 mA 或 0~10 V模擬輸入、四路 4~20 mA 或 0~10 V 模擬輸出。
1.3裝配配套設備
氣體質量流量控制器準確度等級為 5 級，滿足JJG 897-1995《質量流量計》中關于調節流量點的相關要求。
溫度變送器選型為 148 型變送器和 PT100 型熱電偶，準確度等級 0.5 級，用于測量被測表端的溫度值。
壓力變送器選型 3051TG 型絕壓變送器，準確度等級 0.5 級，用于測量被測表端的壓力值。
2.系統的軟件架構
系統軟件基本基于圖 3 所示流程圖進行編寫。
2.1上位機程序
LabVIEW 的程序遵循流程圖編寫。主界面分為管路顯示圖、原始記錄顯示表、開始結束按鈕、時間項目顯示。
2.2下位機程序
下位機采用 Step7 MICRO/WIN 對需要使用的模擬量串口進行編程 。
2.3上下位機通信程序
系統采用價廉物美的 PLC 作為下位機的型式。并非由 LabVIEW 程序直接控制自家 NI 數據采集卡，故需采用 OPC 通信。通過建立 NI OPC Servers，設置 PLC 通信端子到 LabVIEW 的虛擬通道 ，控制流量控制閥、采集被測表、裝置壓力變送器、溫度變送器的模擬信號，實現系統控制和數據采集。
3.技術關鍵和難點
3.1程序的編制
該系統需要考慮同時實施模擬量和 RS232 通信輸入 LabVIEW 的問題。模擬量信號通過 PLC 作轉換模塊的方式通信，RS232 信號則采用 NI-VISA 的方式。
LabVIEW 中分別制作了 8 個 vi 程序：參數設置 .vi、主界面 .vi、數據查詢 .vi、原始記錄打印 .vi、被測模擬量修正 .vi、流量控制器修正 .vi、溫度變送器修正 .vi、壓力變送器修正 .vi。其主從關系如圖 4所示。
3.2系統的自校
系統的模擬信號輸出和輸入在使用一段時間后會出現模擬信號零點和滿量程漂移。為了解決這一難點問題，必須編制模擬量校準子程序，對系統的電壓和電流進行校準。
把過程校準儀的測量端接到模擬信號的輸出端，通過程序對零點和滿量程進行自校。
把過程校準儀的標準源端接到模擬信號的輸入端，通過程序對零點和滿量程進行自校。
以電流檔為例，自校前的被測表的零點和滿量程默認值分別為 4.000 mA 和 20.000 mA，校準值為 4.008 mA，19.996 mA。
則自校前流量為：
3.3實現對氣體質量流量控制器的校準
氣體質量流量控制器是在氣體質量流量計后端加一個 PID 控制閥的流量控制器，用來實現對氣體質量流量的控制。一般氣體質量流量計采用模擬信號與上位機通信。
由于氣體質量流量控制器的控制閥通常是 NC 常閉閥，所以其校準工作不同于氣體質量流量計，不僅要通電和測量模擬量，還需要輸入特定模擬量使其開閥。這成為氣體質量流量控制器校準工作的***大難點，國內測控技術還沒有特別成熟，在這套系統制成之前，全國各地計量機構還不具備校準這類流量控制器的能力。為了校準這部分質量流量控制器，系統設置了被測表模擬量輸入端口和模擬量輸出端口，分別為 PLC 的 AIW4 和 AQW0 端口。
校準前，在數據采集系統的參數設置對話框中應選擇質量流量計或質量控制器。然后按照檢定規程由被檢表模擬輸出值通過數據采集系統轉換成流量值。該流量值與標準表的顯示值之差即為誤差值。
這樣，就能順利完成氣體質量流量計或質量流量控制器的校準工作。
4.結語
綜上所述，基于 LabVIEW 和 PLC 技術研制了通用型氣體質量流量計數據采集系統。使用結果表明該系統數據采集準確度高，經濟成本較低，開發周期短，改變了無法校準氣體質量流量計變送器和氣體質量流量控制器的現狀，是次將流量測控系統應用于氣體微小流量標定的系統之一。該系統可以完成對氣體質量流量計和氣體質量流量控制器的校準工作。
