水流量計檢定控制系統(tǒng)原理及設(shè)計

概述：介紹的水流量計檢定控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)標(biāo)定過程自動化，并顯示相應(yīng)的工藝流程畫面。系統(tǒng)對故障具有報警提示功能。

1　引　言
過去的水流量計檢定系統(tǒng)主要采用手動和半手動方式進行控制，其缺點是檢定精度低、流量波動大、可檢定表口徑范圍小、自動化程度不高、檢表效率低。本文根據(jù)水流量儀表檢定的工藝要求，結(jié)合原有檢定系統(tǒng)的工作狀況，依據(jù)石油化工部自動控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，設(shè)計了水流量計檢定控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)以計算機和變頻器為核心，實現(xiàn)了真正意義上的自動控制，減輕了工人的勞動強度，提高了勞動效率，可完成全系列水表檢定任務(wù)，大大節(jié)省了檢定費用，保證生產(chǎn)正常運行。
2　系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)核心采用上、下位機集散控制的方式，上位機采用研華高品質(zhì)IPC工業(yè)級計算機并配以21″大屏幕監(jiān)視器，主要承擔(dān)系統(tǒng)管理任務(wù)，例如各種數(shù)據(jù)和信號的檢測、存儲、分析、計算處理；各種工藝圖形、畫面、曲線的顯示調(diào)閱；查看監(jiān)測各種事件、故障報警、記錄、證書查閱打印等。下位機采用日本OMRON公司生產(chǎn)的可編程工業(yè)控制器，系統(tǒng)的一切控制任務(wù)的實現(xiàn)、動作的執(zhí)行、控制模式的輸出，都由下位機PLC來執(zhí)行，作為控制中心，它以極高的頻率不斷與上位機進行各種數(shù)據(jù)及信息交換來實現(xiàn)系統(tǒng)控制。
整個檢定系統(tǒng)分為系統(tǒng)控制部分和現(xiàn)場檢測執(zhí)行部分，兩部分之間通過電纜聯(lián)接。
2．1　系統(tǒng)控制部分
系統(tǒng)控制部分又分為五個部分，如圖1所示。（1）整個系統(tǒng)的中心控制臺（系統(tǒng)控制柜）
它包括一臺研華IPC－586工業(yè)級計算機，一臺21″大屏幕監(jiān)視器，一臺DPK－8400票據(jù)打印機，一套OMRON200H可編程序控制器PLC，11臺配電器，6臺開關(guān)電源，10個空氣開關(guān)，3個交流接觸器，一臺報警器，一臺信號轉(zhuǎn)換處理器，一套四路隔離繼電器，一個頻率調(diào)節(jié)電位器及30個按鈕和指示燈。

（2）被檢表電源和輸出信號接線以及無訊表數(shù)據(jù)發(fā)送操作柜
該柜設(shè)在檢定現(xiàn)場，其上裝有薄膜操作面板、數(shù)碼顯示管、就緒按鈕和指示燈、急停按鈕、電源開關(guān)、可插拔控制按鈕及接線電纜。
（3）電磁閥柜
柜內(nèi)裝有8臺電磁閥和4個繼電器，其中4臺電磁閥分別控制現(xiàn)場4個標(biāo)準(zhǔn)罐上的底閥的開關(guān)，2個電磁閥控制兩個換向器的換向。這6臺電磁閥既能由計算機實現(xiàn)自動控制又能通過控制柜上的按鈕實現(xiàn)手動控制，每個按鈕都粘有標(biāo)牌以免誤操作。另外兩個電磁閥一個備用，一個控制DG200管線上氣動放水閥的開關(guān)。4個繼電器給上位機提供4個底閥的開關(guān)狀態(tài)。
（4）變頻器柜
該柜由175kW變頻器、抗干擾電抗器和中間繼電器、空氣開關(guān)、交流接觸器等一些電器元件組成，它的主要功能是用來實現(xiàn)電機的變頻啟動和停止。變頻器啟動和停止又分為自動和手動兩種工作方式：當(dāng)變頻　　器自動工作時，由上位機自動選擇要啟動的電機，由下位機根據(jù)檢定時設(shè)定的流量點給變頻器頻率控制信號；當(dāng)需手動啟動變頻器時，在現(xiàn)場“手動／自動”控制按鈕撥到手動工作方式時，可通過調(diào)節(jié)變頻器柜上的頻率調(diào)節(jié)電位器實現(xiàn)，而且手動頻率調(diào)節(jié)可通過系統(tǒng)控制柜上的轉(zhuǎn)換鈕實現(xiàn)現(xiàn)場和控制室的異地操作。同時變頻柜內(nèi)還裝有控制真空泵水箱的液位繼電器。
（5）電氣控制操作柜
該操作柜由四面配電柜組成，其主要功能是給泵房內(nèi)的五臺電機供電及在其操作面板上實現(xiàn)手動變頻、工頻啟動；操作面板上裝有“手動／自動”轉(zhuǎn)換開關(guān)，起、停泵按鈕15個，狀態(tài)指示燈26個。
2．2　現(xiàn)場檢測執(zhí)行部分
現(xiàn)場檢測執(zhí)行部分由標(biāo)準(zhǔn)表、被檢表、變頻器、標(biāo)準(zhǔn)罐、換向器、水泵組組成。
（1）標(biāo)準(zhǔn)表
在水流量檢定系統(tǒng)中共有DG300、DG200、DG100三種口徑標(biāo)準(zhǔn)表各一塊，標(biāo)準(zhǔn)表的AC220V和DC5V的工作電源由系統(tǒng)控制柜供給。標(biāo)準(zhǔn)表工作時發(fā)出的脈沖信號經(jīng)工控機中的PCL－836采集卡采進上位機，通過計算公式換算出流量作為標(biāo)準(zhǔn)值來檢定被檢表的精度。
（2）被檢表
被檢表的口徑從DG80～DG300共有六種，且被檢表的供電電源及信號輸出種類較多，供電電源有：DC5V、DC12V、DC15V、DC24V、DC100V、AC110V、AC220V；信號輸出有二線制4～20mA、四線制4～20mA、0～5V、0～10V、0～20mA，被檢表電源的供給和信號的輸入由下位機選擇。被檢表輸出信號進入上位機前以信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成1～5V和0～5V的電平信號，經(jīng)工控機中PCL－818采集卡轉(zhuǎn)換成流量在監(jiān)視器上顯示。
（3）變頻器
變頻器是水流量檢定系統(tǒng)中執(zhí)行部分的核心，流量大小的調(diào)節(jié)及流量的穩(wěn)定都是上位機通過變頻器來實現(xiàn)的，其工作狀態(tài)的好壞極其關(guān)鍵，所以，上位機對變頻器進行實時監(jiān)控，從組態(tài)畫面中可以直接看到變頻器的工作情況。當(dāng)變頻器由于某種原因出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警提醒操作者對發(fā)生的故障進行處理，故障原因可以在變頻器液晶屏上查閱。
（4）標(biāo)準(zhǔn)罐、換向器
系統(tǒng)中有四個標(biāo)準(zhǔn)罐，其容積分別為10m3、2m3、1m3、0．2m3，每個罐上都裝有高精度的差壓變送器用來檢測罐內(nèi)的液位。其中1m3和0．2m3的罐為1號罐組，10m3和2m3的罐為2號罐組，兩組罐上各裝有一臺換向器，換向器系統(tǒng)由電磁閥、氣缸、分水板、光電開關(guān)、遮光板五部分組成。光電開關(guān)產(chǎn)生的信號直接送給上位機作為檢定計時的開始和結(jié)束。
（5）水泵組
泵間共有五臺泵，分別由160kW、90kW、75kW、30kW和7．5kW電機帶動。泵的流量分別為0～1600m3／h、0～400m3／h、0～240m3／h、0～120m3／h、0～40m3／h。檢表時根據(jù)被檢表的量程由上位機選擇、下位機執(zhí)行起動不同的泵。泵的起動又分為變頻起動和工頻起動兩種工作方式，兩種方式都可在現(xiàn)場和控制室中實現(xiàn)。另外在泵間還裝有一臺真空泵和水箱，其作用是起動160kW和75kW泵之前，起動真空泵將泵體和管道內(nèi)抽成真空，使水充滿泵體。
3　系統(tǒng)軟件設(shè)計
為了加強系統(tǒng)使用的靈活性及保證系統(tǒng)的正常運行，系統(tǒng)設(shè)計成自動控制和手動控制兩種工作方式。
3．1　自動控制方式
首先，通過控制室操作面板上的鑰匙開關(guān)給系統(tǒng)供電，這時操作面板、現(xiàn)場被檢表電源柜、變頻柜上的電源指示燈亮，表明系統(tǒng)供電正常。將操作面板和電氣控制柜上的“自動／手動”轉(zhuǎn)換器打到自動工作方式，然后打開計算機進入水流量檢定系統(tǒng)，先點動操作面板上的就緒按鈕，待就緒指示燈亮后在參數(shù)設(shè)置畫面中設(shè)置參數(shù)：根據(jù)被檢表口徑選擇檢定線；根據(jù)精度等級或是否有信號輸出來選擇是標(biāo)準(zhǔn)表法還是標(biāo)準(zhǔn)罐法或是無訊表法檢定；根據(jù)被檢表的量程來設(shè)置流量點，流量點的設(shè)置可以自動設(shè)置也可以人為設(shè)置；根據(jù)被檢表的工作條件選擇其供電電源和信號接收種類。在以上參數(shù)和其它需要設(shè)定項設(shè)定好后，用鼠標(biāo)單擊“開始檢定”。系統(tǒng)根據(jù)所設(shè)被檢表的最大量程選泵，下位機執(zhí)行起動命令后根據(jù)所設(shè)流量點的不同自動調(diào)節(jié)變頻器的工作頻率，使泵工作在當(dāng)前流量點。同時，也可根據(jù)需要在參數(shù)設(shè)置畫面中的“頻率調(diào)節(jié)方式”選項后選擇“手動”，那么就可在操作面板上通過頻率調(diào)節(jié)電位器來實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)，手動工作方式時上位機既起控制作用又起監(jiān)視作用。
3．2　手動控制方式
選擇該種工作方式時，應(yīng)先將控制室操作面板和泵房內(nèi)電器控制柜上的“自動／手動”轉(zhuǎn)換器打到手動工作狀態(tài)，參數(shù)設(shè)置同上。根據(jù)被檢表量程人為判斷起動哪一臺泵：首先，在電器控制柜上將要起動泵輸出旋鈕合上，點動變頻柜上的變頻器起動鈕，泵起動后可通過調(diào)節(jié)操作面板或電器控制柜上的電位器旋鈕來實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)?，F(xiàn)場和控制室手動對流量調(diào)節(jié)的異地操作通過操作面板上“控制室頻率調(diào)節(jié)現(xiàn)場”旋鈕來實現(xiàn)。軟件流程圖見圖2

4　結(jié)束語
本系統(tǒng)較好地擴展了功能，擴大了系統(tǒng)應(yīng)用范圍， 投入運行以來由于配置靈活、機動性好、工作穩(wěn)定，取得了令人滿意的效果。