戶用熱量表的自動流量校驗裝置設(shè)計

于玲

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

關(guān)鍵詞：流量；稱重法；檢測

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

對戶用熱量表的檢測與標(biāo)定可以分為對溫度測量部分的檢測與標(biāo)定和對流量測量部分的檢測與標(biāo)定兩部分。由于測量進(jìn)水溫度和出水溫度使用的是不同的PT1000熱電阻，所以要求兩個熱電阻的一致性要好，就要進(jìn)行熱電阻的配對。目前國內(nèi)外普遍采用同時檢定多個熱電阻在多個溫度點的電阻方法，找到兩個一致性好的熱電阻的方法進(jìn)行配對。

2 系統(tǒng)功能分析

文章設(shè)計的戶用熱量表自動檢測系統(tǒng)是一個閉合的流量系統(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)由一個自動恒溫裝置來控制水的溫度，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。由于超聲流量計檢定規(guī)程中明確規(guī)定，對流量計要在多個流量狀態(tài)下進(jìn)行檢定，故而系統(tǒng)在末端設(shè)計了四個不同口徑的管道，通過這四個管道的開關(guān)組合可以模擬多種水流速度。

3 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)啟動后，檢測水箱中的水位是否正常，如果在正常范圍內(nèi)則啟動加熱裝置加熱，通過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，氣動夾緊裝置氣動，夾緊全部被檢表，用掃碼槍依次掃描被檢表的條碼，確認(rèn)無誤后關(guān)閉安全防護(hù)罩，通過操作面板選擇自動檢測或者手動檢測，如果為自動檢測直接按開始檢測按鈕，如果為手動檢測則需要手動放氣后再按開始檢測按鈕。通過反復(fù)點按放氣按鈕或自動檢測程序控制，反復(fù)開閉放氣閥，沖走管路中的氣泡，以免影響檢測結(jié)果。檢測流程開始后，通過組合打開四個末端管道閥門，得到多個流量檢測點，檢測被檢表在各個流量檢測點的測量誤差，計算出校正系數(shù)并通過光學(xué)接口寫入被檢表，然后在各個流量檢測點對被檢表進(jìn)行復(fù)檢，檢測流程結(jié)束后通過指示燈提醒操作人員檢測結(jié)束，拿下被檢表安裝下一批被檢表后開始下個檢測流程。

4 循環(huán)管路設(shè)計與實現(xiàn)

4.1 恒溫水箱及水泵

系統(tǒng)通過一個二次儀表加鉑電阻實現(xiàn)對水箱中水溫的測量及控制。該二次儀表通過鉑電阻檢測水箱中的溫度，通過可控硅控制電加熱器進(jìn)行加熱，而且可以通過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高或過低，在水箱中安裝水位傳感器，當(dāng)水位過高或過低時都會觸發(fā)PLC控制器進(jìn)行報警提示。

上位機(jī)通過RS-485接口連接變頻器控制水泵的運轉(zhuǎn)，以實現(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。通過變頻器調(diào)節(jié)水壓具有啟動平穩(wěn)，泵轉(zhuǎn)速低延長壽命，節(jié)約能源等優(yōu)點。

4.2 被檢表夾緊裝置

為了實現(xiàn)被檢表的快速拆裝，本系統(tǒng)采用兩個氣動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，壓縮空氣的壓力為0.5MPa。通過操作面板上的兩個夾緊按鈕和一個松開按鈕來控制夾緊氣缸的動作。為了防止夾緊氣缸傷人在設(shè)計動作流程時要求只有安全防護(hù)罩關(guān)閉后才能執(zhí)行夾緊操作；在操作面板設(shè)計兩個距離較遠(yuǎn)的串聯(lián)按鈕，只有同時按下兩個按鈕夾緊氣缸才能動作，防止操作人員單手按按鈕另一個手被夾緊氣缸傷到；夾緊按鈕如果在按下5秒內(nèi)松開，夾緊氣缸停止動作。由于氣缸采用壓縮空氣作為動力，要實現(xiàn)對氣缸的控制，就要控制壓縮空氣的流動，系統(tǒng)使用兩位五通電磁閥實現(xiàn)這一功能。通過控制電磁閥來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

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

4.4 上位機(jī)與多個設(shè)備的通訊

該系統(tǒng)中，上位機(jī)需要與多個設(shè)備進(jìn)行通訊，將各個設(shè)備的數(shù)據(jù)讀取到上位機(jī)進(jìn)行保存。（1）上位機(jī)通過條碼掃描槍識別被檢表，以便在數(shù)據(jù)庫中記錄被檢表的檢測信息。（2）上位機(jī)通過USB光學(xué)讀數(shù)頭與被檢表通訊，讀取被檢表的測定流量，以便計算被檢表的誤差和校正系數(shù)。（3）上位機(jī)通過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RS485總線與RS-232串口與PLC進(jìn)行通訊，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。（5）上位機(jī)通過以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通訊，讀取被檢表的基本信息，將檢測結(jié)果、系統(tǒng)運行狀況保存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。

4.5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)的信息中心，數(shù)據(jù)庫中存放著被檢表的基本信息、檢測過程參數(shù)、校正參數(shù)、系統(tǒng)運行記錄等信息。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2008設(shè)計。

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

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，需要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定期自動增量備份。

4.6 軟件部分設(shè)計

上位機(jī)軟件主要實現(xiàn)熱量表檢測數(shù)據(jù)的匯總、保存。基于微軟Visual Studio 2008開發(fā)，使用VB.NET開發(fā)語言。VS2008提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫操作類和函數(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。

4.6.1 變頻器的控制

上位機(jī)通過串口轉(zhuǎn)RS-485模塊連接到RS-485總線上，實現(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)動程序后，可以通過調(diào)用廠家提供的庫函數(shù)實現(xiàn)與被檢表的通訊，從而讀取每個流量檢測點被檢表的檢測值。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)與臺達(dá)PLC進(jìn)行通訊使用MODBUS協(xié)議，通過該協(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)不會被非法使用，每個用戶根據(jù)其身份的不同在系統(tǒng)中有著不同的操作權(quán)限。

4.7 檢測流程控制

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

5 前景展望

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

參考文獻(xiàn)

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