化工污水流量計在熱量表耐久性試驗裝置中的系統設計討論

通信控制系統由工控機、變頻器、水泵、數據采集卡、化工污水流量計等組成。在整個(gè)熱量表耐久性試驗裝置中，化工污水流量計與被試驗熱量表串聯(lián)在試驗管路中。系統設定流量值 qs，通過(guò)工控機發(fā)送信號給變頻器，來(lái)控制水泵運轉，系統通過(guò)研華數據采集卡 PCI1711 將采集到的化工污水流量計當前瞬時(shí)流量值反饋給工控機，工控機將返回流量值與設定流量值qs進(jìn)行比較，從而確定是否需要重新調整變頻器頻率控制水泵轉速。此過(guò)程是一個(gè)完整的閉環(huán) PID 控制過(guò)程，其閉環(huán)控制過(guò)程如圖 2 所示。 2. 2 管路切換系統管路切換主要由冷熱水箱、水泵、開(kāi)關(guān)閥等組成。要實(shí)現熱量表耐久性 4000 次冷熱沖擊試驗，需要實(shí)時(shí)控制管路中熱水與冷水的交替使用。

開(kāi)始試驗，冷熱水箱預先達到試驗要求溫度，水泵運轉調節管路流量至設定值。系統給定信號控制四個(gè)開(kāi)關(guān)閥(熱水出水閥、熱水回水閥、冷水出水閥、冷水回水閥) 的打開(kāi)與關(guān)閉，實(shí)現冷熱水的切換。熱水沖擊時(shí)，熱水出水閥與熱水回水閥打開(kāi)的同時(shí)，冷水出水閥與冷水回水閥關(guān)閉，確保試驗管路熱水沖擊;同理，冷水沖擊時(shí)，冷水出水閥與冷水回水閥打開(kāi)，熱水出水閥與熱水回水閥關(guān)閉，確保試驗管路冷水沖擊。系統通過(guò)四個(gè)開(kāi)關(guān)閥對管路進(jìn)行時(shí)序控制，達到管路切換的目的，很好地實(shí)現了 4000次冷熱循環(huán)沖擊試驗。其具體的管路切換控制時(shí)序圖如圖 3 所示。

如圖 3 所示，初始狀態(tài)四個(gè)開(kāi)關(guān)閥全部關(guān)閉。試驗開(kāi)始時(shí)，熱水出水閥、熱水回水閥同時(shí)打開(kāi)， 95℃熱水狀態(tài)下運行 2． 5min 后，1min 內切換至冷水，進(jìn)行冷水沖擊。此時(shí)，熱水出水閥關(guān)閉的同時(shí)冷水出水閥打開(kāi)，由于管路中還有熱水，為避免冷熱水交叉影響試驗結果，熱水回水閥延時(shí) T1 關(guān)閉;待管路充滿(mǎn)冷水，熱水回水閥關(guān)閉同時(shí)冷水回水閥打開(kāi)， 20℃ 冷水狀態(tài)下運行 2． 5min。此過(guò)程為一個(gè)完整的冷熱沖擊過(guò)程，過(guò)程中熱水出水閥與冷水出水閥同步進(jìn)行，一個(gè)打開(kāi)另一個(gè)關(guān)閉，同樣地，熱水回水閥與冷水回水閥也是同步進(jìn)行，一個(gè)打開(kāi)另一個(gè)關(guān)閉。上述過(guò)程為一個(gè)周期的運行，如此循環(huán) 4000 個(gè)周期，便可完成 4000 次冷熱沖擊試驗。試驗過(guò)程中，由于管路切換、閥門(mén)響應時(shí)間以及延遲時(shí)間的不同，且每次回水閥都要延遲打開(kāi)，每個(gè)周期回水閥都會(huì )相應延時(shí)，且延時(shí)時(shí)間不同，如圖 3 所示，運行*二個(gè)周期時(shí)熱水回水閥總共延時(shí) T1 + T2時(shí)間，隨著(zhù)試驗運行周期的增加，回水閥延時(shí)會(huì )增加，可能會(huì )導致熱水箱或者冷水箱水溢出，故要時(shí)刻注意試驗運行時(shí)冷熱水箱水位的平衡，對冷熱回水閥的遲滯時(shí)間進(jìn)行相應調節控制，保證冷熱水箱水位的平衡，及時(shí)避免溢水。
2. 3 數據采集系統
數據采集系統由工控機、化工污水流量計以及數據采集卡組成。 4000 次冷熱沖擊試驗要求在在*大流量 qs 條件下運行，對流量數據的采集用到化工污水流量計及數據采集卡。化工污水流量計采集管路流量，數據采集卡將化工污水流量計采集到的數據反饋給工控機系統。過(guò)程中，試驗管路水溫以及水箱水位的采集控制也是通過(guò)數據采集卡反饋給系統控制。試驗過(guò)程用到的數據采集卡采用研華生產(chǎn)的PCI － 1711。PCI － 1711 是一款多功能 PCI 總線(xiàn)數據采集卡，具有 16 路單端模擬量輸入功能、2 路 12位模擬量輸出功能、16 路數字輸入和 16 路數字輸出功能、計數器功能等。為保證冷熱沖擊試驗結果的準確性，嚴要求嚴格控制管路流量以及管路壓力。因此，管路設置前后管路溫度、冷熱水箱水位以及管路壓力的采集，管路流量根據化工污水流量計脈沖計數進(jìn)行采集，其數據采集卡端口設置如表 1 所示。

3 試驗運行
試驗選用公司生產(chǎn)的 DN15 超聲波熱量表，該表試驗前已連續使用 5 年以上，準確度等級為3 級。試驗選用 9 塊熱量表，截取某次試驗一段過(guò)程運行如圖 5 所示。
整個(gè)試驗過(guò)程需要對試驗介質(zhì)進(jìn)行加熱、保溫，并利用水泵提供足夠的水源壓力保證熱量表規定的試驗流量。

4 總結
本文研究的 4000 次冷熱沖擊試驗的實(shí)現具有以下特點(diǎn): (1)基于“工控機 +水泵 + 化工污水流量計”的閉環(huán)控制系統，實(shí)現了流量自動(dòng)反饋調節，滿(mǎn)足試驗要求; (2)通過(guò)四個(gè)開(kāi)關(guān)閥的時(shí)序切換，自動(dòng)控制試驗溫度，很好的完成了 4000 次溫度沖擊試驗; (3)通過(guò)“工控機 + 數據數據采集卡”的數據采集系統，實(shí)時(shí)監控試驗過(guò)程中的流量、溫度、壓力等相關(guān)參數，實(shí)現試驗方式的自動(dòng)控制，并能對試驗數據進(jìn)行分析與評定。 (4)試驗的全過(guò)程為智能自動(dòng)化，可無(wú)人員留守看護。試驗結果可直接反映出熱量表在長(cháng)時(shí)間運行后的可靠性。為我國熱量表耐久性試驗研究提供檢測手段，為促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提升做好技術(shù)保障。

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