涡街流量计自动化标定系统总体方案设计

涡街流量计1.瞬时流量标定法
启动'频泵,通过电动闸阀控制器打开电动闸阀1和屯动闸阀2,调节手动阀的同时观察玻璃转子流量计的示数,调节手动阀使流量达到标定给定值。待流量稳定后,观察玻璃转子流輦计和待标定涡街流量计的示数,以玻璃转子流量计标准表作为标准,计算两者的相对误差,然后将误差通过键盘输入到待标定涡街流量计的误差表中去。
2.累积流量标定法
累积流量的标定:先按照瞬时流量标定的步骤给定一个标定流輦值,待流量稳定后,通过屯动闸阀控制器关闭电动闸阀1打开电动闸阀2,把累积流量标定计量筒中的水放完,然后再通过电动闸阀控制器打开电动闸阀1关闭电动闸阀2,开始累积流量标定,此时立刻记下待标定涡街流量计显示的累积流量值,当累积流量标定计量筒中水的体积到达一定值后,刻度杆上就会有水柱出现,此时通过电动闸阀控制器关闭电动闸阀1,同时记下累积流量标定计量筒刻度杆上的刻度值(水的体积)和待标定涡街流量计显示的累积流量值,将前后两次待标定涡街流量计累积流量的差值与计量筒刻度值比较得出的相对误差通过键盘输入到待标定涡街流量计的误差表中去,累积流量标定般需要几分钟。
以上只是完成了一个流量标定地点的标定。由2.1.1小节所述的测量原理可知,对一台涡街流量计进行非线性校正,需要分别对7个流量标定地点进行标定。人工标定系统是通过手动阀控制流量给定,然后对玻璃转子流量计（标准表)读数,并与待标定表读数比较得出相对误差,通过键盘设置相应的误差参数来完成非线性误差校正的。对玻璃转子流量计读数会引入视差,从而影响标定精度。当小流量标定时,由于玻璃转子流量计此时读数误差更大,不能利用瞬时流量标定法进行标定,而需要用累积流量标定法进行标定。利用累积流量标定法标定一个流量点需要几分钟,而且一次只能标定单台流量计的一个流量点,标定效率非常低。
综上所述,人工标定系统存在标定精度低、标定效率低等问题。鉴于人工标定系统中存在的问题,有必要研制一套自动化标定系统来进行解决
2自动化标定系统的需求分析与总体方案设计
1.系统需求分析
自动化标定系统就是对现有人工标定系统的自动化改造,来解决标定精度低、标定效率低等问题。自动化标定系统就是要组建一个计算机控制系统,实现对流量的精准标定,并且能够同时标定多台涡街流量计以提高标定效率参照人工标定系统的系统构成,采用标准表法进行标定,自动化标定系统有如下需求。
(1)计算机控制平台
计算机控制平台用来实现流量调节的控制、高精度流量计标准表和待标定涡街流量计的访问、人机交互以及标定步骤的调度。
(2)流量调节装置
流量调节装置作为流量给定的装置,需要能够与计算控制平台通信,接收计算机控制平台的流量调节控制命令。
(3)高精度流量计标准表
高精度流量计作为流量标定的标准表,需要能够与计算机控制平台通信,接收计算机控制平台的流量访问命令。
(4)多台表同时标定
自动化标定系统需要能够对多台待标定的涡街流量计同时进行标定
5)通讯协议
由于流量给定装置和流量检测设备是外购的,所以通信协议应该采用工业领域比较流行的协议
2、系统总体方案设计
根据自动化标定系统的需求分析进行系统的总体方案设计,系统硬件平台方案图如图2-6所示。系统主要由τ控杋、0.1级髙精度涡街流量计、待标定的涡街流量计、变频器、变频泵、RS-232转RS-485转换器、蓄水池和输水管道等构成。其中,高精度流量计、待标定流量计和变频器都具有带 Modbus协议的RS-485通讯接口,计算机通过RS-485总线与高精度流量计、待标定流量计、变频器进行通讯,通讯协议采用工业领域全球流行的 Modbus协议。

(1)流量调节方案的选择
流最调节一般有两种方式:一是利用电动调节阀和工频泵构成流量调节组件,通过调节调节阀的阀门开度来调节流量;二是利用变频器和变频泵构成流量调节组件,通过调节变频器的设定频率来调节流量。利用调节阀调节流量时,工频泵工作在全速运行状态,即水泵抽出水的流量为全程流量,调节阀通过调节其阀门开度来调节流量。这种调节方式存在的问题是:不管给定的流量是多少,工频泵一直工作在全速运行状态,功耗是比较大的,违背了节能原则;当调节阀调节阀门开度时,管道内的水压会随之改变,导致管道内的流量发生波动,这种情况在标定系统中是不允许的。故不采用这种调节方式，利用变频器调节流量时,可以有效得解决调节阀调节流量存在的问题。变频器可以对变频泵通过变频调速来调节流量,流量越小,变频器输出的频率越小,从而变频泵功耗就越小;而且,由于这种调节流量的方式没有调节阀的参与,故管道内的水压会比较稳定,从而水流的流量也会比较稳定,适用于标定系统中流量的标定。
综上所述,利用变频器和变频泵构成流量调节组件来调节流量,有着节能降耗、输出流量稳定等优点,故在自动化标定系统中采用了这种方式来调节流量。计算机通过RS-485总线访问变频器,对频率参数进行设置来使变频器进行变频,从而改变变频泵抽水的流量,这样就能达到流量调节的目的。为了避免由于通讯频繁和复杂的闭环控制算法而引起系统不稳定,故变频器、变频泵和标准表不构成闭环,而是开环。这就要求我们事先对变频器进行实验来获取变频频率参数和变频泵抽水的瞬时流量对应关系,计算机根据这种对应关系就能大致控制流给定值了。标定地点的流量值不需要准确到某一个数值,可上下波动,因为有标准表负责测出当前瞬时流量值,其它待测表以标准表测出的流量值作为自己的标定流量点。
(2)标定方法和标准表的选取
液体流量的标定方法一般有标准容积法、标准表法等。标准容积法标定精度高,但是标定的时间很长,标定一个流量点通常要几分钟,而且标准计量容器需要根据不同的流量范围不断更换,非常不方便,故不采用这种标定方法，标准表法是采用高精度流量计作为标准仪表对其他待校正表进行校正,采用这种方法进行标定比较简单、方便且节省费用,故采用标准表法作为该系统的标定方法。标准仪表的选择原则是:标准表的允许纟色对误差应小于被校表的允许纟色对误差的1/3~1/5,这样可忽略标准表的误差。被校表要求的精度为0.5级,故选择0.1级的高精度涡街流量计作为标准表高精度涡街流量计取代了原来的玻璃转子流量计,对当前的瞬时流量进行实时测量,在标定系统中作为校正待标定涡街流量计的标准表计算机可以通过RS-485总线对其访问来获取当前的瞬时流量,从面完成标准表的流量测量。
3)多台表同时标定
同时标定的流量计台数暂定为8台,将这8台待标定的涡街流量计与标准表串联,管道连接形状为S型,均平行于地面,连接成S型是为了节省系统装置所占的地方,否则如果连接成直线,那需要的场地长度太长,因为涡街流量计前后直管段长度要满足一定的要求,不能太短。
(4)人机交互
人机交互界面实现流量标定参数的设置和标定工作的启动。
5)标定的调度
涡街流量计的非线性校正共需标定7个点,在一个标定流量点上要按照一定的次序分别对8台待标定的涡街流量计进行标定。

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佑富自动化 发表于 2018-9-6 09:45
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