呂品

（邯鋼邯鋼自動化部）

摘  要：力標準機是國家統一力值的主要依據，而設備配套的控制軟件一般不能及時隨著規程、規定等的更改而升級，不能滿足檢定工作中出現的各種狀況。本文針對目前疊加式力標準機控制系統難以升級適應新規、不能連接檢定系統等問題，使用python語言，對控制系統進行升級，是系統具有良好的適應性及擴展性。

關鍵詞：Python；疊加式力標準機；tkinter；pycharm

0  引言 

力標準機是力學計量中對各種力傳感器、測力儀和稱重儀表進行檢定或測試的設備，力標準機是力值計量的最高標準，在保障力值的量值傳遞和溯源性方面具有非常重要的作用^【1-3】。力標準機按結構可以分為杠桿式、靜重式、液壓式和疊加式。疊加式力標準機(BFSM)，是一種比對式標準機，用一個比被測定傳感器精度高的傳感器作為標準，與被測定的傳感器進行串聯，施加力值進行比較，從而完成設備各項性能的測力。這種力標準機既能解決大力值傳感器的檢定問題，又能保證比杠桿式力標準機高的精度，因此得到了比較廣泛的應用。

由于疊加式力標準機系統由PC機、PLC、伺服電機、液壓系統、變頻模塊、數據采集卡等諸多元部件組成，一般均配套自動控制軟件。然而，由于系統龐雜，價格昂貴，目前大部分設備較為陳舊，其控制軟件不能很好的適應自動化控制系統的發展，無法和辦公自動化進行數據傳輸，嚴重拖滯了檢定工作的效率。更為嚴重的是，當相應檢定規程、標準進行更改時，軟件不及時升級會造成檢定工作無法開展。因此，使用python編程語言編寫程序，對其控制系統進行改造升級，使系統具備良好的可擴展性及易用性。

1  開發環境的搭建

Python 一種面向對象、解釋型、動態數據類型的優秀高級通用程序設計語言，具有簡潔性、易讀性以及可擴展性，擁有大量功能強大的內置對象、標準庫和擴展庫，適合完成各種高難度任務，而且幾乎可以在所有的操作系統中運行，雖然僅有十多年的發展歷史，深受廣大程序員喜愛，很多著名的項目，例如谷歌的alphago項目，微軟的小冰，蘋果的siri，谷歌的無人駕駛，python在其中得到了良好的應用。

1.1安裝python   

Python也可在多種平臺開發運行首先，確定好操作系統，Python 版本，系統64 位或者32位，在www．python．org找到相應的下載包，進行安裝。

本文以64位WINDOWS系統作，Python3.8.2為開發平臺。

1.2  安裝庫文件

默認的Python 程序通過命令行界面實現，為了使程序便于使用，需要通過GUI 工具開發圖形用戶接口來與用戶進行交互。常用的Python 的GUI 開發工具有tkinter、wxPython、PyQt 等。tkinter 是Python 標準庫的GUI 模塊，提供標簽、按鈕、菜單等圖形接口，小巧輕便，能滿足日常的圖形用戶接口開發要求。

   由于系統還需要進行數據繪圖，數據庫的配置及數據的讀寫，因此需要安裝相應的庫文件來實現功能，本系統使用matplotlib、、pyodbc、mysql庫來實現上述功能。

   通過使用pip命令安裝mysql ，安裝畫面如圖1。

Py –m pip install mysql

圖1  使用pip 命令安裝 mysql 庫文件

2  優化系統

2.1  創建Bfsm項目和應用

PyCharm 是一款功能強大的 Python 編輯器，帶有一整套可以幫助用戶在使用Python語言開發時提高其效率的工具，比如調試、語法高亮、Project管理、代碼跳轉、智能提示、自動完成、單元測試、版本控制。本項目使用pycharm創建項目。

首先，進入PyCharm官網進行程序下載安裝程序。然后打開程序，點擊Create New Project，選擇Location的路徑，建立編譯環境，右鍵點擊“python_pycharm”選擇“New”，選擇“python file”，以此建立main.py，test.py，ver.py，record.py等文件。

之后，配置解釋器。點擊“File”，選擇“Settings”，點擊“Project：bfsm”，在“Project Interpreter”頁面點擊“+”按鈕，在打開頁面中搜索“mysql”，點擊“Apply”。

項目結構如圖2。

                    圖2   pycharm下項目結構

2.2　項目模塊劃分及實現

通過對現有疊加式力標準機控制系統的分析，新增自動檢定程序、檢定證書模板設置、檢定記錄模板設置三個模塊，以適應規程規章的更改、批量進行檢定等檢定狀況。

2.2.1自動檢定程序模塊

原檢定程序每次檢定前，都需要輸入檢定規程、規格型號、產品編號、 測量范圍、執行標準、試驗類型、預加荷力、檢測點數、檢測次數、 溫度、濕度、報告編號、證書編號等大量參數，而且同型號儀表進行檢定時每一個都需要輸入相似的內容，耗用大量人力成本，效率低下。更改后新增自動檢定功能，當輸入檢定儀表型號后，參數會根據規程規定自動設置，無特殊需求無需手動依次更改各個選型直接進入檢定程序。同時可以選擇個體檢定或批量檢定，當選擇批量檢定時，系統依據設置自動為每個儀表進行編號。

2.2.2檢定證書模板設置模塊

原系統檢定證書格式不能修改，無法根據不同儀表、委托方要求及規程更改而改動，因此，新增檢定證書模板設置模塊，可以按照不同檢定情況變更檢定證書頁數及內容樣式，其設置模塊畫面如圖3所示。

圖3   檢定證書模板設置頁面

2.2.3檢定記錄模板設置模塊

檢定記錄模板設置模塊同檢定證書模板設置模塊，可以在檢測儀表、檢定要求、檢定狀態變更時修改記錄內容，以適應不同檢定狀況。

2.3  項目數據庫配置

使用Python進行數據庫操作，需要安裝相應的數據庫庫文件，python針對不同的數據庫有不同的模塊，如mysql來接和操作MySQL數據庫，cx_oracle來連接和操作oracle數據庫。本項目使用mysql數據庫來存儲疊加式力標準機系統數據，通過mysql庫文件在Python環境中進行數據庫管理、數據查詢、數據操作等活動。

Python連接數據庫包括引入應用程序編程接口模塊、連接數據庫、執行SQL語句和存儲過程、關閉數據庫四個步驟。

連接數據庫需使用連接函數connect。Connect函數 使用connect方法生成connect對象，再使用此對象訪問所需要訪問的數據庫，代碼如下：

try：

conn=smsql．connect(host=' localhost',user='admin' ，passwd='admin ',db='machine' )

except Exception．e：

print e

sys．exit 0

然后用這個對象定義一個游標，對數據庫的增、刪、改，就要通過這個游標來實現，獲取cursor對象代碼如下：

cursor=conn．cursor 0

之后用游標執行“execute”方法進行查詢，“fetchall”方法執行取結果。

2.4  項目打包

python 開發的程序需要在已安裝Python 以及相關第三方模塊的計算機上運行。為了使程序能夠在沒有安裝Python的計算機上直接運行，需要通過第三方模塊pyinstaller 將開發好的Python 程序打包成一個可執行文件。經過pyinstaller打包后的exe 程序可以復制到其他32 位或64 位的計算機上運行。

在windows控制臺下 輸入命令如下命令進行pyinstaller模塊安裝：

py –m pip install pyinstaller

    在python中輸入如下命令進行程序打包：

pyinstaller –F d:\bfsm\main.py –noconsole

3  結語

通過使用python編程語言，搭建pycharm編程環境，安裝gui等庫文件，對疊加式力標準機系統進行了升級改造。新系統具備自升級功能，能很好的與外部應用程序進行數據傳輸，提高了系統自動化水平，使檢定工作的效率得到大幅提升。

參考文獻

[1]  沙樹靜．國家基準機力值控制問題的研究與應用[D]．吉林：吉林大學，2004．

[2]  劉士平．全自動疊加式力標準機的控制技術[I]．自動化儀表，1999，(1O)．

[3]  謝顯奇．疊加式力標準機應用技術研究[J]．衡器，2003，(1)．

[4]  劉衛國. Python語言程序設計[M]. 北京: 電子工業出版社, 2016.

[5]  洪錦魁.PythonGUI 設計tkinter 菜鳥編程[M]. 北京:清華大學出版社,2019,8(1):64-70.

[6] Di Giacomo M.MySQL:Lessons Learned on aDigital Library[J].IEEE Software,2005,22(3):