CN112198905A - 一种标准数字接口的气体流量控制系统及控制方法 - Google Patents

一种标准数字接口的气体流量控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于仪器仪表技术领域，具体公开了一种标准数字接口的气体流量控制系统及控制方法，系统包括PC机、若干个气体流量控制器，以及实现PC机与气体流量控制器通讯连接的CAN总线，其中：气体流量控制器包括安装于气路管道上游的流量传感器和安装在气路管道下游的调节阀，以及，和流量传感器通过模数转换器连接的微处理器，连接于微处理器和CAN总线之间的CAN总线收发器，连接与微处理器和调节阀之间的数模转换器。本发明的标准数字接口的气体流量控制系统及控制方法，能够针对不同种类的气体对气体流量控制器实现对应的配置，不需要用户掌握气体流量控制器的工作原理以及不同气体之间的转换关系，减少了对用户的要求，支持多设备集群连接。

Description

一种标准数字接口的气体流量控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及仪器仪表技术领域，尤其涉及一种标准数字接口的气体流量控制系统及控制方法。
背景技术
气体流量控制器在化工、航天、大气环境模拟等领域有广泛的应用。现有的流量控制器主要有模拟控制和数模结合控制两类，其中模拟控制类需与显示仪配套使用。现有的流量控制器仅支持已标定气体的流量控制，对于未进行标定的气体，需用户通过转换关系进行换算，在工程使用中存在不便，且容易发生错误。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的主要目的是提供一种标准数字接口的气体流量控制系统及控制方法。
一种标准数字接口的气体流量控制系统，包括PC机、若干个气体流量控制器，以及实现PC机与气体流量控制器通讯连接的CAN总线，其中：
气体流量控制器包括安装于气路管道上游的流量传感器和安装在气路管道下游的调节阀，以及，和流量传感器通过模数转换器连接的微处理器，连接于微处理器和CAN总线之间的CAN总线收发器，连接与微处理器和调节阀之间的数模转换器。
进一步的，气体流量控制器存储有设备编码、气体质量流量转换系数表、标准气体标定表、出厂气体标定表、用户要求标定表、工作气体控制表、标准命令指令集。
进一步的，标准命令指令集包括广播问询指令、配置指令、配置查询指令、控制指令、流量查询指令。
本发明还提供一种标准数字接口的气体流量控制方法，气体流量控制方法包括：
气体流量控制器通过CAN总线与PC机连接；
接收PC机的广播问询指令，向PC机发送设备编码、原始工作气体类型以及原始控制量程值；
接收PC机的配置指令，并将配置指令中的配置气体配置为当前工作气体，向PC机发送当前工作气体类型和当前控制量程值；
接收PC机的配置查询指令，并根据配置查询指令向PC机发送当前工作气体类型和当前控制量程值；
接收PC机的控制指令，根据控制指令调节调节阀的流量；
根据流量传感器的检测值计算当前工作气体的质量流量值；
接收PC机的流量查询指令，向PC机发送当前工作气体的质量流量值。
进一步的，将配置指令中的配置气体配置为当前工作气体，包括：
判断控制气体与配置气体是否相同；
若是，将原始工作气体类型以及原始控制量程值作为当前工作气体类型和当前控制量程值；
若否，判断配置气体与标准气体是否相同；若配置气体与标准气体相同，则根据标准气体标定表更新工作气体控制表；若配置气体与标准气体不相同，则判断配置气体与出厂气体是否相同；若配置气体与出厂气体相同，则根据出厂气体标定表更新工作气体控制表；若配置气体与出厂气体不相同，则查询气体质量流量转换系数表中是否有配置气体；若有，则根据标准气体标定表以及气体质量流量转换系数表生成新工作气体控制表；
根据新工作气体控制表确定当前工作气体类型和当前控制量程值。
本发明的标准数字接口的气体流量控制系统及控制方法，和现有技术相比，现有的气体流量控制器正常使用时需要配备项匹配的显示仪，若要修改使用气体，需要用户根据气体转换关系自行计算，或者返厂进行标定修正。本发明的气体流量控制系统及方法，能够针对不同种类的气体对气体流量控制器实现对应的配置，不需要用户掌握气体流量控制器的工作原理以及不同气体之间的转换关系，减少了对用户的要求，支持多设备集群连接；气体流量控制器向PC机上传的是工作气体的实际流量，不再需要用户换算，实现多个气路管道的流量的监测与控制。
附图说明
图1为本发明实施例的标准数字接口的气体流量控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的标准数字接口的气体流量控制方法的步骤流程图；
图3为本发明另一实施例的标准数字接口的气体流量控制方法的步骤流程图；
其中：1-PC机、2-气体流量控制器、201-流量传感器、202-调节阀、203-模数转换器、204-微处理器、205-CAN总线收发器、206-数模转换器、3-CAN总线、4-气路管道。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种标准数字接口的气体流量控制系统及控制方法，如图1所示，一种标准数字接口的气体流量控制系统，包括PC机1、若干个气体流量控制器2，以及实现PC机1与气体流量控制器2通讯连接的CAN总线3，其中：气体流量控制器2包括安装于气路管道4上游的流量传感器201和安装在气路管道4下游的调节阀202，以及，和流量传感器201通过模数转换器203连接的微处理器204，连接于微处理器204和CAN总线3之间的CAN总线收发器205，连接与微处理器204和调节阀202之间的数模转换器206。流量传感器201用于测量气路管道4中气体的流量，调节阀202用于调节气路管道4中气体的流量，模数转换器203用于将流量传感器201检测的模拟信号转化为数字信号并传送到微处理器204，数模转换器206用于将微处理器204的数字控制信号转化为模拟控制信号并由调节阀202执行，实现对气路管道4中气体的流量的控制。
PC机1与气体流量控制器2通过标准接口连接，气体流量控制器2的内部ROM存储有设备编码、气体质量流量转换系数表、标准气体标定表、出厂气体标定表、用户要求标定表、工作气体控制表、标准命令指令集。标准命令指令集包括广播问询指令、配置指令、配置查询指令、控制指令、流量查询指令。其中，设备编码是气体流量控制器2的唯一标识码，系统中与PC机1连接的有多个气体流量控制器2，通过设备编码区分各个气体流量控制器2。标准气体标定表是使用标准气体(如：N2)进行标定获得的电压流量对应表。出厂气体标定表是使用出厂气体(根据用户要求设定)进行标定获得的电压流量对应表。气体质量流量转换系数表包括各气体的比热、转换系数等。
工作气体控制表是根据标准气体标定表与气体质量流量转换系数表计算获得，存放工作气体及其流量电压对应关系，配置后有效，配置前与出厂气体标定表一致。
标准命令指令集是气体流量控制器2所使用的标准命令集合，其中，广播问询指令用于查询与PC机连接的气体流量控制器的设备编码；配置指令，用于根据实际使用气体对指定编码的气体流量控制器2进行配置，配置完毕后，气体流量控制器2生成工作气体控制表并返回工作气体的流量控制量程；配置查询指令，用于查询气体流量控制器2的当前配置，返回工作气体控制表及其流量控制量程；控制指令，根据需求设置气体流量控制器2的流量设定值；流量查询指令，用于向PC机1返回当前实际流量值。
本发明提供一种标准数字接口的气体流量控制方法，如图2所示，气体流量控制方法包括：
步骤S101：气体流量控制器通过CAN总线与PC机连接。
建立气体流量控制器和PC机的通讯链路，并开机。
步骤S102：接收PC机的广播问询指令，向PC机发送设备编码、原始工作气体类型以及原始控制量程值。
气体流量控制器根据PC机的广播问询指令，向PC机发送自身的设备编码、原始工作气体类型以及原始控制量程值，与多个气体流量控制器建立通讯的PC机所接收的信息如表1所示：
表1
设备编码 工作气体 控制量程(sccm)
0001 N2 3.2
0002 Xe 2.0
0003 O2 1.5
表1表示与PC机建立通讯的包括三个气体流量控制器，设备编码分别是0001、0002、0003，原始工作气体分别是N2、Xe、0O，对应的控制量程分别为3.2、2.0、1.5。
步骤S103：接收PC机的配置指令，并将配置指令中的配置气体配置为当前工作气体，向PC机发送当前工作气体类型和当前控制量程值；
假设将设备编码为0001的气体流量控制器的工作气体配置为二氧化碳，则配置指令的内容为(CONF：0001：<CO2>)，配置完成后，气体流量控制器向PC机返回的数据如表2所示：
表2
设备编码 工作气体 控制量程(sccm)
0001 CO2 2.8
将设备编码0001的气体流量控制器的工作气体配置为二氧化碳，二氧化碳为该气体流量控制器的当前工作气体，根据工作气体控制表确定当前控制量程值为2.8。
步骤S104：接收PC机的配置查询指令，并根据配置查询指令向PC机发送当前工作气体类型和当前控制量程值。
步骤S103的配置指令执行结束后，确定气体流量控制器的当前工作气体类型和当前控制量程值，若接收到配置查询指令，则气体流量控制器向PC机返回当前工作气体类型和当前控制量程值。
步骤S105：接收PC机的控制指令，根据控制指令调节调节阀的流量。
PC机下发控制指令来调节气体的流量，例如将设备编号0001的气体流量控制器的流量调节为2.5sccm，控制指令的格式为SET1：0001：2.50，气体流量控制器将调节阀进行调节，使气路管道的流量为2.5sccm。
步骤S106：根据流量传感器的检测值计算当前工作气体的质量流量值。
气体流量控制器在配置结束后实时计量和更新当前工作气体的质量流量值。
步骤S107：接收PC机的流量查询指令，向PC机发送当前工作气体的质量流量值。
根据PC机下发的流量查询指令，气体流量控制器返回当前工作气体在当前时刻下的质量流量值。流量查询指令可由PC机定时发送，实现定时流量查询。
具体的，如图3所示，步骤S103中将配置指令中的配置气体配置为当前工作气体，包括：
步骤S1030：判断控制气体与配置气体是否相同；若是，执行步骤S1031，若否，执行步骤S1032；
步骤S1031：将原始工作气体类型以及原始控制量程值作为当前工作气体类型和当前控制量程值；
步骤S1032：判断配置气体与标准气体是否相同；若是，执行步骤S1033，若否，执行步骤S1034；
步骤S1033：根据标准气体标定表更新工作气体控制表；
步骤S1034：判断配置气体与出厂气体是否相同；若是，执行步骤S1035，若否，执行步骤S1036；
步骤S1035：则根据出厂气体标定表更新工作气体控制表；
步骤S1036：查询气体质量流量转换系数表中是否有配置气体；若有，执行步骤S1037，若无，执行步骤S1038；
步骤S1037：根据标准气体标定表以及气体质量流量转换系数表生成新工作气体控制表；
步骤S1038：提示错误。
步骤S1039：根据新工作气体控制表确定当前工作气体类型和当前控制量程值。
本发明实施例的标准数字接口的气体流量控制系统及控制方法，和现有技术相比，现有的气体流量控制器正常使用时需要配备项匹配的显示仪，若要修改使用气体，需要用户根据气体转换关系自行计算，或者返厂进行标定修正。本发明的气体流量控制系统及方法，能够针对不同种类的气体对气体流量控制器实现对应的配置，不需要用户掌握气体流量控制器的工作原理以及不同气体之间的转换关系，减少了对用户的要求，支持多设备集群连接；气体流量控制器向PC机上传的是工作气体的实际流量，不再需要用户换算，实现多个气路管道的流量的监测与控制。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种标准数字接口的气体流量控制系统，其特征在于，包括PC机、若干个气体流量控制器，以及实现所述PC机与所述气体流量控制器通讯连接的CAN总线，其中：
所述气体流量控制器包括安装于气路管道上游的流量传感器和安装在所述气路管道下游的调节阀，以及，和所述流量传感器通过模数转换器连接的微处理器，连接于所述微处理器和所述CAN总线之间的CAN总线收发器，连接与所述微处理器和所述调节阀之间的数模转换器。
2.如权利要求1所述的标准数字接口的气体流量控制系统，其特征在于，所述气体流量控制器存储有设备编码、气体质量流量转换系数表、标准气体标定表、出厂气体标定表、用户要求标定表、工作气体控制表、标准命令指令集。
3.如权利要求2所述的标准数字接口的气体流量控制系统，其特征在于，所述标准命令指令集包括广播问询指令、配置指令、配置查询指令、控制指令、流量查询指令。
4.一种标准数字接口的气体流量控制方法，其特征在于，所述气体流量控制方法包括：
气体流量控制器通过CAN总线与PC机连接；
接收所述PC机的广播问询指令，向所述PC机发送设备编码、原始工作气体类型以及原始控制量程值；
接收所述PC机的配置指令，并将所述配置指令中的配置气体配置为当前工作气体，向所述PC机发送当前工作气体类型和当前控制量程值；
接收所述PC机的配置查询指令，并根据所述配置查询指令向所述PC机发送当前工作气体类型和当前控制量程值；
接收所述PC机的控制指令，根据所述控制指令调节所述调节阀的流量；
根据流量传感器的检测值计算当前工作气体的质量流量值；
接收所述PC机的流量查询指令，向所述PC机发送当前工作气体的质量流量值。
5.如权利要求4所述的标准数字接口的气体流量控制方法，其特征在于，将所述配置指令中的配置气体配置为当前工作气体，包括：
判断控制气体与所述配置气体是否相同；
若是，将所述原始工作气体类型以及所述原始控制量程值作为当前工作气体类型和当前控制量程值；
若否，判断所述配置气体与标准气体是否相同；若所述配置气体与标准气体相同，则根据标准气体标定表更新所述工作气体控制表；若所述配置气体与标准气体不相同，则判断所述配置气体与出厂气体是否相同；若所述配置气体与出厂气体相同，则根据出厂气体标定表更新所述工作气体控制表；若所述配置气体与所述出厂气体不相同，则查询气体质量流量转换系数表中是否有配置气体；若有，则根据所述标准气体标定表以及气体质量流量转换系数表生成新工作气体控制表；
根据所述新工作气体控制表确定当前工作气体类型和当前控制量程值。
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