摘要：為了解決由于檢測(cè)環(huán)境不全面、測(cè)試方法不到位等原因引起的產(chǎn)品故障率較高的問(wèn)題，掌握氣體流量計(jì)在不同溫度和濕度下的計(jì)量性能,加快新產(chǎn)品推出速度.一套可模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管道、溫度、濕度等條件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量計(jì)運(yùn)行參數(shù)、對(duì)運(yùn)行氣體流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢定等功能的系統(tǒng)。
0引言
近年來(lái),天然氣流量計(jì)使用量越來(lái)越大，使用環(huán)境也是越來(lái)越復(fù)雜。從炎熱的海南到寒冷的齊齊哈爾，從潮濕溫暖的廚房到晝夜不斷變化的戶外管道，各種環(huán)境都有氣體流量計(jì)的身影。從而導(dǎo)致同一批次的氣體流量計(jì)在不同的使用環(huán)境下,出現(xiàn)的故障和問(wèn)題完全不一樣。
隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和人們對(duì)故障問(wèn)題研究的深入，發(fā)現(xiàn)由于廠家的測(cè)試環(huán)境與現(xiàn)場(chǎng)的使用環(huán)境不同，且測(cè)試條件和生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于單一,無(wú)法模擬現(xiàn)場(chǎng)條件。基于上述原因，我們研制了一種模擬氣體流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、檢定、測(cè)試的系統(tǒng)裝置。
1系統(tǒng)原理
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，該系統(tǒng)主要由微機(jī)控制中心、實(shí)驗(yàn)艙運(yùn)行系統(tǒng)、流量計(jì)運(yùn)行系統(tǒng)、溫度/濕度運(yùn)行系統(tǒng)、流量計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)等組成。
整套系統(tǒng)由微機(jī)控制中心統(tǒng)一協(xié)調(diào)運(yùn)行。主要實(shí)現(xiàn)三大功能:1)模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的氣候條件;2)模擬現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)的運(yùn)行條件;3)實(shí)時(shí)檢測(cè)流量計(jì)運(yùn)行參數(shù)和計(jì)量誤差。
控制框圖如圖2所示�？刂浦行耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)若干個(gè)溫度傳感器和濕度傳感器的檢測(cè)單元，及時(shí)反饋實(shí)驗(yàn)艙的溫度和濕度等環(huán)境狀態(tài)，再由溫度/濕度控制單元和循環(huán)風(fēng)機(jī)的執(zhí)行單元實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn).艙的溫度和濕度的控制“,從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。流量計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由控制中心通過(guò)采集電路實(shí)現(xiàn)對(duì)流量計(jì)的溫度、壓力、流量、運(yùn)行電流的采集�？刂浦行能浖糠指鶕�(jù)實(shí)驗(yàn)艙的溫度和濕度控制流量計(jì)運(yùn)行,采集流量計(jì)的運(yùn)行數(shù)據(jù),判斷流量計(jì)是否出現(xiàn)故障。流量計(jì)運(yùn)行檢定系統(tǒng)控制測(cè)試流量計(jì)的誤差和運(yùn)行狀態(tài)。
1.1實(shí)驗(yàn)艙運(yùn)行、溫/濕度控制系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)艙用于實(shí)現(xiàn)模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，如圖3所示,主要由循環(huán)風(fēng)機(jī)、循環(huán)通道、若干濕度和溫度傳感器、出入口等部分組成。
溫度和濕度控制系統(tǒng)用于控制實(shí)驗(yàn)艙的溫度和濕度，主要由艙內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷機(jī)組、加熱器、除濕/加濕機(jī)組、除濕機(jī)制冷機(jī)組等組成，如圖4所示。
實(shí)驗(yàn)艙控制溫度基本原理如圖5所示。首先制定環(huán)境運(yùn)行方案,然后由軟件控制中心通過(guò)PLC控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前實(shí)驗(yàn)艙的溫度,當(dāng)讀取的當(dāng)前溫度值>目標(biāo)溫度值時(shí)，開(kāi)啟制冷模式(即打開(kāi)制冷風(fēng)機(jī)),當(dāng)讀取的當(dāng)前溫度值<目標(biāo)溫度值時(shí)，開(kāi)啟制熱模式(打開(kāi)加熱器)。制冷和制熱功率輸出.大小，取決于當(dāng)前溫度值與目標(biāo)溫度值的差值，按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律,用比例運(yùn)算關(guān)系發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，通過(guò)執(zhí)行單元改變閥門的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器和制冷器的功率控制。
熱空氣/冷空氣通過(guò)實(shí)驗(yàn)艙循環(huán)風(fēng)機(jī)送到實(shí)驗(yàn)艙的各個(gè)角落，軟件控制中心不間斷地讀取各個(gè)角落溫度傳感器的溫度值，當(dāng)實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的溫度值達(dá)到目標(biāo)溫度值時(shí),溫度控制系統(tǒng)停止加熱或制冷，反之就運(yùn)行。
控制濕度基本原理如圖5所示。首先制定環(huán)境運(yùn)行方案，然后由軟件控制中心通過(guò)PLC控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前實(shí)驗(yàn)艙的濕度，當(dāng)讀取的當(dāng)前濕度值>目標(biāo)濕度值，開(kāi)啟除濕模式(即打開(kāi)除濕機(jī)組),當(dāng)讀取的當(dāng)前濕度值<目標(biāo)濕度值,開(kāi)啟加濕模式(打開(kāi)加濕機(jī)組)。除濕/加濕循環(huán)分內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)，內(nèi)循環(huán)是指抽取實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的空氣進(jìn)行除濕/加濕處理,處理后再重新注入實(shí)驗(yàn)艙;外循環(huán)是指抽取實(shí)驗(yàn)艙外的空氣進(jìn)行除濕/加濕處理，處理后再重新注入實(shí)驗(yàn)艙。低溫除濕時(shí)，為了保證實(shí)驗(yàn)艙溫度快速達(dá)到低溫點(diǎn),還需要將開(kāi)啟除濕冷機(jī)組對(duì)除濕/加濕機(jī)組處理后的空氣制冷處理后再注入實(shí)驗(yàn)艙,相當(dāng)于進(jìn)行雙重降溫處理。
1.2流量計(jì)運(yùn)行和檢定系統(tǒng)
流量計(jì)運(yùn)行和檢定系統(tǒng)如圖6所示,用于模擬流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的狀態(tài)，并可以檢定流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)。
該系統(tǒng)主要由運(yùn)行管道、換熱器、標(biāo)準(zhǔn)表、控制流量的閥門、風(fēng)機(jī)、變頻器等組成。該系統(tǒng)可以同時(shí)運(yùn)行8臺(tái)流量計(jì),可以通過(guò)控制閥門的開(kāi)1關(guān)來(lái)控制流量計(jì)是否運(yùn)行，通過(guò)改變變頻器頻率大小控制風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度及各個(gè)閥門，從而實(shí)現(xiàn)控制運(yùn)行流量計(jì)流量的大小。
運(yùn)行系統(tǒng)基本原理如圖7所示。根據(jù)流量計(jì)運(yùn)行方案由軟件控制中心通過(guò)PLC控制系統(tǒng)指令來(lái)控制閥門的打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)。然后軟件控制中心通過(guò)PLC控制系統(tǒng)控制電氣開(kāi)關(guān)閥、4~20mA調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度、變頻器的頻率控制流量風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等方式控制流量大小，軟件控制中心實(shí)時(shí)讀取標(biāo)準(zhǔn)表流量脈沖信號(hào)并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)表儀表系數(shù)計(jì)算出工況流量，當(dāng)工況流量值等于目標(biāo)流量值時(shí)，穩(wěn)定變頻器的頻率和閥門狀態(tài)，讓各個(gè)流量計(jì)處于運(yùn)行狀態(tài)中。
同時(shí),這套系統(tǒng)也是一套標(biāo)準(zhǔn)表法檢定裝置，可以檢定各臺(tái)氣體流量計(jì)示值誤差、準(zhǔn)確度等級(jí)，基本原理如圖8所示。首先打開(kāi)被檢流量計(jì)的閥門,其余通道都關(guān)閉，通過(guò)控制變頻器改變流量大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同流量點(diǎn)的檢定，通過(guò)采集系統(tǒng)讀取被檢流量計(jì)的脈沖信號(hào)、溫度值、壓力值和標(biāo)準(zhǔn)表的脈沖信號(hào)、溫度值、壓力值，再由標(biāo)準(zhǔn)表法檢定裝置軟件計(jì)算流量示值誤差，生成檢定報(bào)表，確定被檢流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)。
1.3流量計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)
流量計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)如圖9所示,用于檢測(cè)流量計(jì)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)是否正常，主要由軟件控制中心、交換機(jī)、接口轉(zhuǎn)換單元、電流檢測(cè)單元、電壓檢測(cè)單元、信號(hào)發(fā)生/計(jì)數(shù)單元、本地通信/GPRS單元、16路通斷切換單元等組成。
由軟件控制中心通過(guò)電流檢測(cè)單元讀取流量計(jì)的電流值;電壓檢測(cè)單元讀取流量計(jì)的電壓值;信號(hào)發(fā)生/計(jì)數(shù)單元檢測(cè)流量計(jì)的軟件計(jì)算誤差;本地通信單元讀取流量計(jì)的內(nèi)部時(shí)間、總量、瞬時(shí)流量、溫度、壓力等參數(shù);再由檢測(cè)系統(tǒng)軟件根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值.判斷運(yùn)行的流量計(jì)的各項(xiàng)性能指標(biāo)是否合格。
1.4軟件控制中心
控制系統(tǒng)軟件包括流量計(jì)運(yùn)行控制、模擬環(huán)境控制、流量計(jì)檢定、流量計(jì)檢測(cè)、文檔管理等部分組成,整體軟件運(yùn)行流程如圖10所示。
1.4.1流量計(jì)運(yùn)行控制
可以設(shè)置運(yùn)行流量計(jì)的數(shù)量、流量、時(shí)間等，可以實(shí)時(shí)采集各個(gè)流量計(jì)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
根據(jù)不同的運(yùn)行方案，讓流量計(jì)通氣運(yùn)行,并記錄各個(gè)流量計(jì)的標(biāo)況總量、瞬時(shí)流量、溫度、壓力等數(shù)據(jù)，進(jìn)行測(cè)試流量計(jì)性能和輸差計(jì)算。運(yùn)行模式有短期運(yùn)行和長(zhǎng)期運(yùn)行兩種。
1.4.2模擬環(huán)境控制
可以設(shè)置實(shí)驗(yàn)艙的溫度、濕度、運(yùn)行時(shí)間、以及不同組合的循環(huán)周期等，可以實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)艙的各個(gè)位置的溫度和濕度。
根據(jù)不同的氣候特點(diǎn)，制定不同環(huán)境的方案，通過(guò)控制溫度和濕度，驗(yàn)證流量計(jì)在不同環(huán)境條件下的性能。
1.4.3檢定控制
依據(jù)氣體流量計(jì)的檢定規(guī)程，通過(guò)控制檢定系統(tǒng)，對(duì)被檢表進(jìn)行檢定，測(cè)試流量計(jì)在長(zhǎng)期運(yùn)行后和不同溫度下示值誤差的變化情況。
1.4.4流量計(jì)檢測(cè)
可以檢測(cè)流量計(jì)的電流、本地通信功能、遠(yuǎn)程通信功能、高低頻輸出的準(zhǔn)確性、流量計(jì)量準(zhǔn)確性、讀取溫度/壓力值的準(zhǔn)確性等。
通過(guò)不間斷地檢測(cè)流量計(jì)的性能參數(shù)，掌握流量計(jì)運(yùn)行在不同時(shí)間點(diǎn)和溫度點(diǎn)下的運(yùn)行狀態(tài)。
1.4.5文檔管理
可以輸出運(yùn)行報(bào)告、檢定報(bào)告、流量計(jì)檢測(cè)數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)查詢。
2結(jié)束語(yǔ)
結(jié)合現(xiàn)階段的檢測(cè)技術(shù)、檢定技術(shù)、計(jì)算機(jī)集散控制，系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對(duì)流量計(jì)運(yùn)行狀態(tài)下的全程監(jiān)控，模擬各種不斷變化的氣候，檢定流量計(jì)在不同氣候條件下的流量示值誤差，預(yù)測(cè)流量計(jì)在不同條件下的潛在故障。本設(shè)備用于研發(fā)測(cè)試，可以提高新產(chǎn)品在不同環(huán)境下使用的穩(wěn)定性、可靠性;可以由原來(lái)用戶實(shí)際使用的試掛模式，改為模擬現(xiàn)場(chǎng)氣候在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行試掛，從而縮短試掛測(cè)試的時(shí)間和產(chǎn)品上市時(shí)間。
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