戶用熱量表的自動(dòng)流量校驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

于玲

摘 要：近年來(lái)，供熱系統(tǒng)分戶計(jì)量系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來(lái)。為保證分戶計(jì)量表的精準(zhǔn)度，需要對(duì)戶用熱量表進(jìn)行檢測(cè)。文章設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)流量校驗(yàn)裝置，該裝置可以快速對(duì)戶用熱量表進(jìn)行檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：流量；稱重法；檢測(cè)

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

對(duì)戶用熱量表的檢測(cè)與標(biāo)定可以分為對(duì)溫度測(cè)量部分的檢測(cè)與標(biāo)定和對(duì)流量測(cè)量部分的檢測(cè)與標(biāo)定兩部分。由于測(cè)量進(jìn)水溫度和出水溫度使用的是不同的PT1000熱電阻，所以要求兩個(gè)熱電阻的一致性要好，就要進(jìn)行熱電阻的配對(duì)。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用同時(shí)檢定多個(gè)熱電阻在多個(gè)溫度點(diǎn)的電阻方法，找到兩個(gè)一致性好的熱電阻的方法進(jìn)行配對(duì)。

2 系統(tǒng)功能分析

文章設(shè)計(jì)的戶用熱量表自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)閉合的流量系統(tǒng)，水在系統(tǒng)中被循環(huán)使用。根據(jù)集中供熱系統(tǒng)的需求，該系統(tǒng)的流量范圍為0.005m3/h-5m3/h，流體介質(zhì)的溫度范圍為5-90℃，被檢表的口徑為DN15或DN20。該系統(tǒng)由一個(gè)自動(dòng)恒溫裝置來(lái)控制水的溫度，使水溫恒定在55℃，以模擬集中供熱管網(wǎng)中水的溫度。系統(tǒng)中采用變頻器來(lái)調(diào)節(jié)水泵的工作狀態(tài)使系統(tǒng)中的水壓在0.6MPa-1MPa。為了方便被檢表的拆裝，被檢表與上位機(jī)的通訊采用光學(xué)接口，故而要求被檢表有光學(xué)通訊接口。由于超聲流量計(jì)檢定規(guī)程中明確規(guī)定，對(duì)流量計(jì)要在多個(gè)流量狀態(tài)下進(jìn)行檢定，故而系統(tǒng)在末端設(shè)計(jì)了四個(gè)不同口徑的管道，通過(guò)這四個(gè)管道的開關(guān)組合可以模擬多種水流速度。

3 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)啟動(dòng)后，檢測(cè)水箱中的水位是否正常，如果在正常范圍內(nèi)則啟動(dòng)加熱裝置加熱，通過(guò)PID調(diào)節(jié)將水溫控制在55℃。水溫正常后，PLC控制器關(guān)閉所有閥門，上位機(jī)通過(guò)變頻器控制水泵將水抽入壓力容器并將壓力控制在0.6MPa-1MPa。打開安全防護(hù)罩，安裝被檢表，按住夾緊按鈕，氣動(dòng)夾緊裝置氣動(dòng)，夾緊全部被檢表，用掃碼槍依次掃描被檢表的條碼，確認(rèn)無(wú)誤后關(guān)閉安全防護(hù)罩，通過(guò)操作面板選擇自動(dòng)檢測(cè)或者手動(dòng)檢測(cè)，如果為自動(dòng)檢測(cè)直接按開始檢測(cè)按鈕，如果為手動(dòng)檢測(cè)則需要手動(dòng)放氣后再按開始檢測(cè)按鈕。通過(guò)反復(fù)點(diǎn)按放氣按鈕或自動(dòng)檢測(cè)程序控制，反復(fù)開閉放氣閥，沖走管路中的氣泡，以免影響檢測(cè)結(jié)果。檢測(cè)流程開始后，通過(guò)組合打開四個(gè)末端管道閥門，得到多個(gè)流量檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)被檢表在各個(gè)流量檢測(cè)點(diǎn)的測(cè)量誤差，計(jì)算出校正系數(shù)并通過(guò)光學(xué)接口寫入被檢表，然后在各個(gè)流量檢測(cè)點(diǎn)對(duì)被檢表進(jìn)行復(fù)檢，檢測(cè)流程結(jié)束后通過(guò)指示燈提醒操作人員檢測(cè)結(jié)束，拿下被檢表安裝下一批被檢表后開始下個(gè)檢測(cè)流程。

4 循環(huán)管路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 恒溫水箱及水泵

系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)二次儀表加鉑電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱中水溫的測(cè)量及控制。該二次儀表通過(guò)鉑電阻檢測(cè)水箱中的溫度，通過(guò)可控硅控制電加熱器進(jìn)行加熱，而且可以通過(guò)RS-485接口，將水箱中的水溫發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行記錄。水箱外包覆保溫材料防止熱量流失，已達(dá)到節(jié)能的目的。為了防止水箱中水位過(guò)高或過(guò)低，在水箱中安裝水位傳感器，當(dāng)水位過(guò)高或過(guò)低時(shí)都會(huì)觸發(fā)PLC控制器進(jìn)行報(bào)警提示。

上位機(jī)通過(guò)RS-485接口連接變頻器控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)壓力容器的水壓的控制，模擬集中供熱管網(wǎng)中的壓力環(huán)境。通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)水壓具有啟動(dòng)平穩(wěn)，泵轉(zhuǎn)速低延長(zhǎng)壽命，節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。

4.2 被檢表夾緊裝置

為了實(shí)現(xiàn)被檢表的快速拆裝，本系統(tǒng)采用兩個(gè)氣動(dòng)夾緊氣缸將被檢表串聯(lián)到循環(huán)回路中，該夾緊氣缸由空氣壓縮機(jī)提供的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，壓縮空氣的壓力為0.5MPa。通過(guò)操作面板上的兩個(gè)夾緊按鈕和一個(gè)松開按鈕來(lái)控制夾緊氣缸的動(dòng)作。為了防止夾緊氣缸傷人在設(shè)計(jì)動(dòng)作流程時(shí)要求只有安全防護(hù)罩關(guān)閉后才能執(zhí)行夾緊操作；在操作面板設(shè)計(jì)兩個(gè)距離較遠(yuǎn)的串聯(lián)按鈕，只有同時(shí)按下兩個(gè)按鈕夾緊氣缸才能動(dòng)作，防止操作人員單手按按鈕另一個(gè)手被夾緊氣缸傷到；夾緊按鈕如果在按下5秒內(nèi)松開，夾緊氣缸停止動(dòng)作。由于氣缸采用壓縮空氣作為動(dòng)力，要實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸的控制，就要控制壓縮空氣的流動(dòng)，系統(tǒng)使用兩位五通電磁閥實(shí)現(xiàn)這一功能。通過(guò)控制電磁閥來(lái)控制壓縮空氣的流向，進(jìn)而控制氣缸的夾緊與松開。

4.3 末端管道

流量計(jì)檢定規(guī)程中規(guī)定，檢定一般應(yīng)包含下列流量點(diǎn)：qmin、qt、0.40qmax、qmax，故而該系統(tǒng)在末端設(shè)計(jì)了三個(gè)不同口徑的管道，配合電動(dòng)球閥的開合角度，調(diào)整需要的流量點(diǎn)對(duì)被檢表進(jìn)行檢測(cè)。

4.4 上位機(jī)與多個(gè)設(shè)備的通訊

該系統(tǒng)中，上位機(jī)需要與多個(gè)設(shè)備進(jìn)行通訊，將各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)讀取到上位機(jī)進(jìn)行保存。（1）上位機(jī)通過(guò)條碼掃描槍識(shí)別被檢表，以便在數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄被檢表的檢測(cè)信息。（2）上位機(jī)通過(guò)USB光學(xué)讀數(shù)頭與被檢表通訊，讀取被檢表的測(cè)定流量，以便計(jì)算被檢表的誤差和校正系數(shù)。（3）上位機(jī)通過(guò)RS-485總線與變頻器、壓力表通訊，以控制壓力容器中的壓力。（4）上位機(jī)通過(guò)RS485總線與RS-232串口與PLC進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。（5）上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通訊，讀取被檢表的基本信息，將檢測(cè)結(jié)果、系統(tǒng)運(yùn)行狀況保存到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。

4.5 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)系統(tǒng)的信息中心，數(shù)據(jù)庫(kù)中存放著被檢表的基本信息、檢測(cè)過(guò)程參數(shù)、校正參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行記錄等信息。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server2008設(shè)計(jì)。

為了記錄該系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)文章在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中新建數(shù)據(jù)庫(kù)Calorimeter，并在其中建立系統(tǒng)需要的各個(gè)表。

數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)都比較重要，為了保證其中存放數(shù)據(jù)的安全，需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行定期自動(dòng)增量備份。

4.6 軟件部分設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)熱量表檢測(cè)數(shù)據(jù)的匯總、保存?；谖④沄isual Studio 2008開發(fā)，使用VB.NET開發(fā)語(yǔ)言。VS2008提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)操作類和函數(shù)，可以向操作本機(jī)文件一樣讀寫網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.6.1 變頻器的控制

上位機(jī)通過(guò)串口轉(zhuǎn)RS-485模塊連接到RS-485總線上，實(shí)現(xiàn)與變頻器、壓力表的通訊。

4.6.2 與光學(xué)讀寫頭的通訊

上位機(jī)安裝USB光學(xué)讀寫頭的驅(qū)動(dòng)程序后，可以通過(guò)調(diào)用廠家提供的庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)與被檢表的通訊，從而讀取每個(gè)流量檢測(cè)點(diǎn)被檢表的檢測(cè)值。與被檢表的通訊協(xié)議采用主一從結(jié)構(gòu)的半雙工通訊方式。

4.6.3 與PLC的通訊

上位機(jī)與臺(tái)達(dá)PLC進(jìn)行通訊使用MODBUS協(xié)議，通過(guò)該協(xié)議上位機(jī)可以直接讀寫PLC的輸入輸出寄存器、線圈等。上位機(jī)通過(guò)將PLC輸出口置位和復(fù)位就可以控制系統(tǒng)的閥門的開閉，從而控制熱量表的檢測(cè)流程。

4.6.4 用戶管理

使用該系統(tǒng)的用戶都被要求輸入用戶名和密碼進(jìn)行登錄，以保證系統(tǒng)不會(huì)被非法使用，每個(gè)用戶根據(jù)其身份的不同在系統(tǒng)中有著不同的操作權(quán)限。

4.7 檢測(cè)流程控制

當(dāng)按下開始檢測(cè)按鈕后，PLC會(huì)進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作后通過(guò)串口通知上位機(jī)開始檢測(cè)，并會(huì)告知“自動(dòng)/手動(dòng)”旋鈕的當(dāng)前選擇。上位機(jī)接到開始檢測(cè)的信息后首先判斷是自動(dòng)檢測(cè)還是手動(dòng)檢測(cè)，如果為手動(dòng)檢測(cè)則直接開始檢測(cè)，如果為自動(dòng)檢測(cè)則先執(zhí)行放氣動(dòng)作然后開始檢測(cè)。

5 前景展望

隨著國(guó)家集中供熱分戶計(jì)量的推進(jìn)，戶用熱量表的市場(chǎng)前景相當(dāng)廣闊，戶用熱量表出廠時(shí)又必須要進(jìn)行出廠檢測(cè)和首次標(biāo)定，該自動(dòng)檢測(cè)裝置能夠很好的解決企業(yè)的這一問(wèn)題，并且比傳統(tǒng)的手工檢測(cè)速度快精度高，一定會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

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