流量計控制系統(tǒng)

葛秀華

摘 要：介紹的水流量計檢定控制系統(tǒng)，可實(shí)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。

關(guān)鍵詞：流量計；檢定；控制系統(tǒng)

1 引言

過去的流量計檢定系統(tǒng)主要采用手動和半手動方式進(jìn)行控制，其缺點(diǎn)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(jī)和變頻器為核心，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的自動控制，減輕了工人的勞動強(qiáng)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(fèi)用，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。

2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)核心采用上、下位機(jī)集散控制的方式，上位機(jī)采用研華高品質(zhì)IPC工業(yè)級計算機(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)、動作的執(zhí)行、控制模式的輸出，都由下位機(jī)PLC來執(zhí)行，作為控制中心，它以極高的頻率不斷與上位機(jī)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)及信息交換來實(shí)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(jī)，一臺21″大屏幕監(jiān)視器，一臺DPK-8400票據(jù)打印機(jī)，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(jī)實(shí)現(xiàn)自動控制又能通過控制柜上的按鈕實(shí)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(jī)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(shí)現(xiàn)電機(jī)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(jī)自動選擇要啟動的電機(jī)，由下位機(jī)根據(jù)檢定時設(shè)定的流量點(diǎn)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(shí)現(xiàn)。

（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(jī)供電及在其操作面板上實(shí)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(jī)中的PCL-836采集卡采進(jìn)上位機(jī)，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(jī)選擇。

（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(jī)通過變頻器來實(shí)現(xiàn)的，其工作狀態(tài)的好壞極其關(guān)鍵，所以，上位機(jī)對變頻器進(jìn)行實(shí)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)選擇、下位機(jī)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(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

為了加強(qiáng)系統(tǒng)使用的靈活性及保證系統(tǒng)的正常運(yùn)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(jī)進(jìn)入水流量檢定系統(tǒng)，先點(diǎn)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(diǎn)，流量點(diǎn)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(xiàng)設(shè)定好后，用鼠標(biāo)單擊“開始檢定”。

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(diǎn)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(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。現(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(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)較好地擴(kuò)展了功能，擴(kuò)大了系統(tǒng)應(yīng)用范圍， 投入運(yùn)行以來由于配置靈活、機(jī)動性好、工作穩(wěn)定，取得了令人滿意的效果。

參考文獻(xiàn)

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