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钟罩式气体计量器是标定气体流量仪表的标准装置，是以钟罩内有效容积作为标准体积，当钟罩下降时，排出钟罩内的气体经测试管道通往被测气体流量计，比较钟罩内排出的气体与被测气体流量计计量的气体体积，求取仪表的精度。钟罩式气体计量检定系统主要有三种工作形式：手动检测、直读式；半自动检测（配有流量计算仪）；全自动检测（计算机控制）完成对整个检测过程的自动控制。本文详细介绍全自动过程的实现方法，它结合计算机和PLC技术，实现钟罩检测装置对被测气体流量计的全自动检测。
1 系统组成及工作原理
1.1 系统组成
钟罩式气体自动检测控制系统主要由以下部分组成：
钟罩装置、PLC可编程序控制器、计算机、压力变送器、温度变送器、旋转编码器、电磁阀、鼓风机、限位开关、继电器。
1.2 系统工作原理
钟罩气体流量标准装置是以经过标定的钟罩有效容积为标准容积的计量仪器，当钟罩下降时，钟罩内被排出的气体经过管道排往被测仪表，此时钟罩排出气体的体积与流过流量计气体的体积称为工况气体体积，系统将通过气态方程将钟罩排出的气体体积和流量计流过的气体体积统一换算到压力101.325kPa，温度293.15K状态下，换算后的体积称为标况气体体积，系统将换算后钟罩排出的标况气体体积与流量计流过的标况气体体积进行比较，来检测被测流量计的精度，达到检测目的。
该系统是利用钟罩式气体计量器，提供一个压力稳定的标准体积气源，使用高分辨率编码器为钟罩量筒的位置传感元件、电磁阀为控制元件，通过程序设定来实现定量排气，并完成检测过程的自动控制，使之成为校验气体仪表的自动标准装置。
1.3 系统设计
系统结构框图如图1所示。整个系统分两部分进行设计，下位机采用PLC为核心硬件，监控所有被测量和执行元件；上位机部分以VisualBasic编程为核心，对下位机发来的数据进行处理，得出检定结果，最后通过数据库系统保存检定数据，并提供检定数据的打印功能。
1.3.1 硬件电路设计
硬件电路主要实现采样、控制、通讯功能。
（1）信号采样
2路温度变送器采集钟罩内气体温度、被测流量计表前温度，并以4～20mA电流形式输出；
2路压力变送器采集钟罩内气体压力、被测流量计表前压力，并以4～20mA电流形式输出；
2路位置信号钟罩提升最高限位信号、钟罩下降最低位限位信号；
2路脉冲信号钟罩升降脉冲信号、被测流量计流量脉冲信号。
（2）控制
通过控制进气口、出气口、排气口的开闭来控制钟罩的升降以及钟罩的升降的速度，以满足不同的检测流量；采用光电编码器测量钟罩的位移，并对光电编码器输出的脉冲信号进行计数，根据光电编码输出的脉冲个数来控制钟罩的上升高度，以确定每次检测仪表时的检测体积；在检测时对光电编码器输出的脉冲信号以及被测流量计发出的流量信号进行计数。
（3）通信
接收上位机发出的检定控制指令，发送每次检测的数据和检测状态。
（4） PLC
根据以上功能的需要，本设计选用日本松下电工的FP2系列PLC用于对硬件的控制和信号采样以及对上位机通讯，同时配备FP22AD8模拟量单元，用于接收各压力变送器、温度变送器输出的模拟量4～20mA电流信号，并将4～20mA电流信号转换为数字量传送给PLC。PLC控制程序流程图如图2所示。
1.3.2 上位机设计
上位机为计算机处理系统，主要用于对流量计检定参数的设置、检定数据处理、数据存储打印，控制命令发送等功能。检测程序采用VisualBasic程序设计开发，数据采用Access数据库或者SQL数据库进行管理。检测程序通过计算机的232串口与PLC的232串口进行通讯，计算机发送给PLC的通讯信息包括：开始检测命令、钟罩稳定时间、下降稳定时间、每次检测的检测量、钟罩上升的高度、流量控制阀的开关等；PLC发送给计算机的数据包括：检测完毕信号、钟罩输出脉冲个数、流量计输出脉冲个数、钟罩检测压力温度、被测流量计检测压力温度、检测流量值等。上位机程序流程图如图3所示。
2 系统实现
2.1 检定流程
检定过程如图4所示。在上位机设置好被测流量计的仪表信息之后，上位机向PLC发送检测命令和检测参数，检测参数包括：检测流量、钟罩上升高度、稳定时间等。PLC在收到上位机发出的检定命令以及检测参数之后，PLC根据规定的检测参数开始检测被测流量计。
首先将钟罩提升，PLC根据加装在钟罩上端的旋转编码器所发出的脉冲信号的个数来确定钟罩当前的高度。当钟罩上升到上位机指定的高度之后，PLC关闭所有出气、排气、进气口阀门，使钟罩稳定。
钟罩稳定之后，PLC根据当前上位机要求的检测流量打开相应的流量控制电磁阀或者是一组流量控制电磁阀。钟罩下降，旋转编码器所发出的脉冲信号，此时流量计也开始计量，同时也输出脉冲，脉冲个数表示流过流量计的气体体积。当钟罩下降距离达到上位机规定的检测距离，PLC立即停止脉冲计数，同时存储两路脉冲的脉冲个数。存储完毕后，将钟罩降至指定高度，并保持原位准备下一次检测。
PLC将两路脉冲的脉冲个数通过232串口上传至上位机，同时发出检测完毕信号。上位机接收到数据和信号后，根据数据计算仪表精度、线性度等仪表指标，并将检测结果存储，然后进行下一次检测，直至所有检测完毕。
检测完毕后计算机将所有检定结果存储、列表并根据程序规定的格式打印输出被检定流量计的检定证书。
2.2 软件的设置
2.2.1 权限设置
登录软件的人员分不同权限，最高权限为系统管理员，具有所有权限，可以通过管理员生成不同权限的操作员和调试员或者其他自定义人员。操作员权限为检测仪表、调用检测记录等；调试员权限为修改软件内部设置，系统数据设置等；操作员的操作权限由系统管理员指定。
2.2.2 系统参数的设置
在系统组建完成之后，必须设置一些相应系统参数才能保证检测系统正常的工作以及系统较高的检测精度这里包括：
（1）钟罩仪表系数：代表旋转编码器所发出的脉冲中每单个脉冲代表钟罩排出气体的体积数，单位为N/m3。该参数为钟罩固定参数，每年需校准一次。在上位机检测软件中必须设置该系数，否则无法对被测流量计进行检测。
（2）流量计仪表系数：代表流量计所发出脉冲中每单个脉冲代表流过流量计气体的体积数，单位为升每个脉冲，L/N。该参数可设置为流量计固定参数，也可设置为可变参数，在检测之前输入，但必须设置，否则系统无法正常检定。
（3）标况方的条件：该参数为气体的标准状态条件即大气压力为101.325kPa、温度为293.15K（即20℃）。
（4）钟罩提升到指定高度后的稳定时间：钟罩提升后，由于在短时间内经过了上升、停止过程会产生颤动，通过稳定时间使钟罩稳定下来，以减小系统误差。该参数设置越大钟罩颤动越小对检测带来的影响越小，检测效果越好，但会降低检测效率。
（5）钟罩检测下降开始阶段稳定脉冲数：钟罩下降阶段，由于经过静止、下降过程，在下降开始阶段会产生颤动，通过使钟罩下降一段距离脉冲不计量，使钟罩在这段不计量的过程中减小颤动，减小系统误差。因此该参数设置越大钟罩颤动越小，对检测的影响越小，检测效果越好，但会降低检测效率。
（6）检测完毕后下降脉冲个数：钟罩本次检测完毕后，不能马上停止钟罩下降，必须先停止脉冲计数，再停止钟罩，通过设置此参数，使钟罩在当次检测完毕下降一段距离脉冲再停止下降。该参数通过软件设置，设置不应太大，保证检测停止与钟罩止降时间错开。
2.2.3 打印检定证书的设置
包括纸张大小、字体大小、正文位置等。
3 结语
钟罩式气体自动检测控制系统利用光电编码器的频率信号实现钟罩高度的测量，通过频率、仪表系数的关系，达到测量气体体积的目的。采用PLC数据采集、实现控制，提高了采集数据的可靠性和准确性；整个系统组成简单，各模块之间独立性和内聚性强，维护方便；在整个检定过程中，完全由系统控制检测过程和计算检定结果，无人为干预，提高了检测精度，且控制简便，具有普通适用性。
参考文献
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