基于組態(tài)王的熱能表自動檢定裝置

周 兵/遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

0 引言

熱能表自動檢定裝置（以下簡稱檢定裝置）根據(jù)JJG225-2007《熱能表檢定規(guī)程》設(shè)計制造，適用于熱能表出廠檢驗和型式試驗。檢定裝置主要實現(xiàn)以下功能：

1）實時顯示熱量、流量、累積流量、供回水溫度、累積工作時間；

2）設(shè)置和修改參數(shù)；

3）實時獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，根據(jù)檢定規(guī)程的要求，處理和保存數(shù)據(jù)；

4）自動填寫檢定數(shù)據(jù)記錄表，打印檢定證書。

1 檢定裝置的硬件設(shè)計

1.1 熱能表工作原理

工作原理如圖1所示。熱能表是一種適用于測量在熱交換環(huán)路中，載熱液體所吸收或轉(zhuǎn)換熱能的儀器，熱量表用法定的計量單位顯示熱量。熱量表又稱熱能表、熱能積算儀，既能測量供熱系統(tǒng)的供熱量又能測量供冷系統(tǒng)的吸熱量。將配對溫度變送器分別安裝在熱交換回路的入口和出口的管道上，將流量變送器安裝在入口或出口管上。流量變送器發(fā)出流量信號，配對溫度變送器給出入口和出口的溫度信號，計算器采集到流量信號和溫度信號，經(jīng)過計算，顯示出載熱液體從入口至出口所釋放的熱量值。

圖1 熱能表原理框圖

熱量計算公式

式中：Q —系統(tǒng)釋放或吸收的熱量，單位J或kWh;

qm—流經(jīng)熱能表中載流熱液體的質(zhì)量流量，單位kg/s;

Δh —熱交換回路中入口溫度與出口溫度對應(yīng)的載熱液體的比焓值差，單位J/kg;

t —時間，單位s；

V —載流液體流過的體積，單位m3；

Δθ —熱交換回路中載熱液體入口處和出口處的溫差，單位℃;

k —熱系數(shù)，是載熱液體在相應(yīng)溫度、溫差和壓力下的函數(shù)，單位J/(m3·℃)或kWh/(m3·℃)。

1.2 熱能表檢定方法[1]

1.2.1 總量檢定法

按總量檢定的熱能表應(yīng)至少在以下三種情況下進(jìn)行檢定。每一種情況，選擇給定范圍內(nèi)的一溫差、一流量點并在（50±5）℃的水溫下進(jìn)行檢定。

1.2.2 計算公式

1）熱量相對誤差Ei與EQ計算公式

熱能表計量準(zhǔn)確度分為三級，采用相對誤差限表示，

式中：Qdi、Qci分別表示第i點指示值與標(biāo)準(zhǔn)值。

2）重復(fù)性Er計算公式

式中：Vdj、Vcj分別表示在流量qp下流量傳感器第j次（j=1，2，3）檢定的體積指示值與標(biāo)準(zhǔn)值。

1.2.3 熱能表的總量檢定

1）檢定時載流液體的溫度、進(jìn)口與出口溫差與流量點按1.2.1要求。

2）檢定次數(shù)一般為一次。如果第一次的E大于最大允許誤差，允許再補(bǔ)做2次，但后面2次的E均不應(yīng)超過最大允許誤差。以3次試驗的算術(shù)平均值做為熱能表的示值。

3）當(dāng)選用質(zhì)量法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置時，將熱能表安裝其上，通水使其平衡地運行一段時間。

4）用流量調(diào)節(jié)閥將流量調(diào)到第i個點，并將載流液體的溫度調(diào)到檢定溫度值，通過恒溫槽，將溫差調(diào)到規(guī)定值，穩(wěn)定10 min，稱出m0i，m1i；記錄熱能表的示值Q0i、Q1i、水溫與室溫。

5）實際熱量Qci和熱能表顯示熱量Qdi計算，

式中：h1i、h0i分別表示載流液體在高溫恒溫槽的溫度下與設(shè)定的低溫恒溫槽的溫度下的比焓值。

6）熱能表第i檢定點的示值誤差Ei按公式（2）計算。

7）重復(fù)4）～ 6），將流量、溫度、溫差調(diào)到其他點，完成全部檢定。

1.3 熱能表的準(zhǔn)確度等級[1]

見表1。

1.4 檢定裝置工作原理

工作原理如圖2、3所示。檢定裝置分別由回水箱、止水閥、穩(wěn)壓容器、夾表器、檢驗臺、標(biāo)準(zhǔn)流量變送器、入水口和出水口溫度變送器、流量調(diào)節(jié)閥、換向器、稱重天平組成。流量檢定點由流量調(diào)節(jié)閥M1～M3決定，工作時，先把被檢表固定在夾表器上，待溫度加熱到檢定條件，打開被檢表所在支路閥門，載熱液體從水箱通過穩(wěn)壓器流經(jīng)被檢表和標(biāo)準(zhǔn)流量計，被檢熱能表顯示熱量值直接讀數(shù)。接著通過換向器把載熱液體導(dǎo)向天平，由天平稱出載熱液體的質(zhì)量,通過標(biāo)準(zhǔn)流量計獲得標(biāo)準(zhǔn)流量值，兩支入口和出口溫度變送器得到溫度及溫差數(shù)值。此時，可編程控制器將采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理完后再送到計算機(jī)，按照相關(guān)熱力學(xué)公式計算檢定時間內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)熱量值，將該數(shù)值與熱能表實際測得的熱量值進(jìn)行比較即可得到被測熱能表的準(zhǔn)確度。依次進(jìn)行其他檢定點的檢定。當(dāng)所有檢定點檢定完畢，計算機(jī)將最終的檢定結(jié)果進(jìn)行處理并打印。

表1 準(zhǔn)確度等級及最大允許誤差E

圖2 檢定裝置結(jié)構(gòu)圖

圖3 檢定裝置數(shù)據(jù)采集、控制框圖

1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)流量、溫度測量電路

標(biāo)準(zhǔn)流量、壓力測量電路如圖4所示。

標(biāo)準(zhǔn)流量、溫度變送器選用Ⅲ型兩線制，作用是將流量標(biāo)準(zhǔn)裝置內(nèi)和流量計前面的壓力、溫度信號變成4～20 mA DC電流信號,這個電流信號與DFP-1100M型配電器連接，配電器一方面為現(xiàn)場安裝的兩線制流量、溫度變送器提供一個隔離的電源，同時將兩線制變送器送來的4 ～ 20 mA DC信號轉(zhuǎn)換成與之隔離的1 ～ 5 V DC信號，該信號給可編程控制器，作為自動控制的標(biāo)準(zhǔn)信號。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)流量、溫度測量電路圖

1.4.2 可編程控制器電路

可編程控制器電路如圖5、6所示。

圖5 可編程控制器主機(jī)輸出接線圖

圖6 可編程控制器內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器接線圖

可編程控制器選用歐姆龍CP1H-XA40DR-A[2]。電源電壓：220 V AC；輸入點數(shù)：24點；輸出點數(shù)：16點；輸出形式：繼電器。內(nèi)置模擬輸入4點（占用CH數(shù)4CH）。輸入信號量程：1～5 V DC；分辨率：1/16 000或 1/12 000。

1.4.3 可編程控制器程序

可編程控制器程序框圖如圖7所示。（程序清單略）

2 檢定裝置的軟件設(shè)計

2.1 檢定裝置組態(tài)

組態(tài)軟件選用北京某科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王軟件6.53。它是運行在WindowsNT/2000/XP中文操作系統(tǒng)上的一種組態(tài)軟件。它具有完善的圖形界面生成功能，可以形象逼真地描繪工業(yè)現(xiàn)場。提供了功能齊全的控件和控件函數(shù)以及多種I/O驅(qū)動程序[3]。

圖7 可編程控制器程序框圖

2.2 組態(tài)王通信參數(shù)和設(shè)備配置

1）通信參數(shù)

波特率：9 600；數(shù)據(jù)位：7；奇偶效驗：偶效驗；停止位：2；通信超時：3 000 ms；通信方式：RS232。

表2 組態(tài)王的變量與可編程控制器寄存器對應(yīng)關(guān)系

2）設(shè)備配置

設(shè)備生產(chǎn)廠家：歐姆龍Hostlink；設(shè)備邏輯名稱：PLC；設(shè)備地址：0；通信方式：串口（COM1）。

2.3 組態(tài)王的變量與可編程控制器寄存器

對應(yīng)關(guān)系見表2所示。

3 結(jié)束語

熱能表自動檢定裝置，采用先進(jìn)的可編程控制器和組態(tài)軟件技術(shù)，性能指標(biāo)完全達(dá)到JJG225-2007的要求，操作人員不必將熱能表進(jìn)行分解，不必了解各種熱能表的技術(shù)細(xì)節(jié)，提高了檢定效率。

[1]全國流量容量計量技術(shù)委員會. JJG225-2007[S]. 北京：中國計量出版社，2007.

[2]歐姆龍公司. SYSMAC CP系列. 可編程控制器CP1H CPU單元. 操作手冊[C]. 2005.

[3]周 兵, 張宏魁. 靜態(tài)容積法水表自動檢定裝置[J]. 計量技術(shù),2008, (10): 42-43.

[4]北京亞控科技發(fā)展有限公司. KINGVIEW version6.5 使用手冊[C].北京， 2008.

[5]北京亞控科技發(fā)展有限公司. KINGVIEW version6.5 命令函數(shù)速查手冊[C]. 北京，2008.