化工汙水流量計在熱量表耐久性試驗裝置中的系統設計討論

通訊控制系統由工控機│✘•✘₪、變頻器│✘•✘₪、水泵│✘•✘₪、資料採集卡│✘•✘₪、化工汙水流量計等組成↟╃╃╃。在整個熱量表耐久性試驗裝置中◕↟☁，化工汙水流量計與被試驗熱量表串聯在試驗管路中↟╃╃╃。系統設定流量值 qs◕↟☁，透過工控機發送訊號給變頻器◕↟☁，來控制水泵運轉◕↟☁，系統透過研華資料採集卡 PCI1711 將採集到的化工汙水流量計當前瞬時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↟╃╃╃。此過程是一個完整的閉環 PID 控制過程◕↟☁，其閉環控制過程如圖 2 所示↟╃╃╃。 2. 2 管路切換系統管路切換主要由冷熱水箱│✘•✘₪、水泵│✘•✘₪、開關閥等組成↟╃╃╃。要實現熱量表耐久性 4000 次冷熱衝擊試驗◕↟☁，需要實時控制管路中熱水與冷水的交替使用↟╃╃╃。

開始試驗◕↟☁，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↟╃╃╃。系統給定訊號控制四個開關閥(熱水出水閥│✘•✘₪、熱水回水閥│✘•✘₪、冷水出水閥│✘•✘₪、冷水回水閥) 的開啟與關閉◕↟☁，實現冷熱水的切換↟╃╃╃。熱水衝擊時◕↟☁，熱水出水閥與熱水回水閥開啟的同時◕↟☁，冷水出水閥與冷水回水閥關閉◕↟☁，確保試驗管路熱水衝擊;同理◕↟☁，冷水衝擊時◕↟☁，冷水出水閥與冷水回水閥開啟◕↟☁，熱水出水閥與熱水回水閥關閉◕↟☁，確保試驗管路冷水衝擊↟╃╃╃。系統透過四個開關閥對管路進行時序控制◕↟☁，達到管路切換的目的◕↟☁，很好地實現了 4000次冷熱迴圈衝擊試驗↟╃╃╃。其具體的管路切換控制時序圖如圖 3 所示↟╃╃╃。

如圖 3 所示◕↟☁，初始狀態四個開關閥全部關閉↟╃╃╃。試驗開始時◕↟☁，熱水出水閥│✘•✘₪、熱水回水閥同時開啟◕↟☁， 95℃熱水狀態下執行 2． 5min 後◕↟☁，1min 內切換至冷水◕↟☁，進行冷水衝擊↟╃╃╃。此時◕↟☁，熱水出水閥關閉的同時冷水出水閥開啟◕↟☁，由於管路中還有熱水◕↟☁，為避免冷熱水交叉影響試驗結果◕↟☁，熱水回水閥延時 T1 關閉;待管路充滿冷水◕↟☁，熱水回水閥關閉同時冷水回水閥開啟◕↟☁， 20℃ 冷水狀態下執行 2． 5min↟╃╃╃。此過程為一個完整的冷熱衝擊過程◕↟☁，過程中熱水出水閥與冷水出水閥同步進行◕↟☁，一個開啟另一個關閉◕↟☁，同樣地◕↟☁，熱水回水閥與冷水回水閥也是同步進行◕↟☁，一個開啟另一個關閉↟╃╃╃。上述過程為一個週期的執行◕↟☁，如此迴圈 4000 個週期◕↟☁，便可完成 4000 次冷熱衝擊試驗↟╃╃╃。試驗過程中◕↟☁，由於管路切換│✘•✘₪、閥門響應時間以及延遲時間的不同◕↟☁，且每次回水閥都要延遲開啟◕↟☁，每個週期回水閥都會相應延時◕↟☁，且延時時間不同◕↟☁，如圖 3 所示◕↟☁，執行第二個週期時熱水回水閥總共延時 T1 + T2時間◕↟☁，隨著試驗執行週期的增加◕↟☁，回水閥延時會增加◕↟☁，可能會導致熱水箱或者冷水箱水溢位◕↟☁，故要時刻注意試驗執行時冷熱水箱水位的平衡◕↟☁，對冷熱回水閥的遲滯時間進行相應調節控制◕↟☁，保證冷熱水箱水位的平衡◕↟☁，及時避免溢水↟╃╃╃。
2. 3 資料採集系統
資料採集系統由工控機│✘•✘₪、化工汙水流量計以及資料採集卡組成↟╃╃╃。 4000 次冷熱衝擊試驗要求在在最大流量 qs 條件下執行◕↟☁，對流量資料的採集用到化工汙水流量計及資料採集卡↟╃╃╃。化工汙水流量計採集管路流量◕↟☁，資料採集卡將化工汙水流量計採集到的資料反饋給工控機系統↟╃╃╃。過程中◕↟☁，試驗管路水溫以及水箱水位的採集控制也是透過資料採集卡反饋給系統控制↟╃╃╃。試驗過程用到的資料採集卡採用研華生產的PCI － 1711↟╃╃╃。PCI － 1711 是一款多功能 PCI 匯流排資料採集卡◕↟☁，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↟╃╃╃。為保證冷熱衝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◕↟☁，管路設定前後管路溫度│✘•✘₪、冷熱水箱水位以及管路壓力的採集◕↟☁，管路流量根據化工汙水流量計脈衝計數進行採集◕↟☁，其資料採集卡埠設定如表 1 所示↟╃╃╃。

3 試驗執行
試驗選用公司生產的 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◕↟☁，擷取某次試驗一段過程執行如圖 5 所示↟╃╃╃。
整個試驗過程需要對試驗介質進行加熱│✘•✘₪、保溫◕↟☁，並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 次冷熱衝擊試驗的實現具有以下特點: (1)基於“工控機 +水泵 + 化工汙水流量計”的閉環控制系統◕↟☁，實現了流量自動反饋調節◕↟☁，滿足試驗要求; (2)透過四個開關閥的時序切換◕↟☁，自動控制試驗溫度◕↟☁，很好的完成了 4000 次溫度衝擊試驗; (3)透過“工控機 + 資料資料採集卡”的資料採集系統◕↟☁，實時監控試驗過程中的流量│✘•✘₪、溫度│✘•✘₪、壓力等相關引數◕↟☁，實現試驗方式的自動控制◕↟☁，並能對試驗資料進行分析與評定↟╃╃╃。 (4)試驗的全過程為智慧自動化◕↟☁，可無人員留守看護↟╃╃╃。試驗結果可直接反映出熱量表在長時間執行後的可靠性↟╃╃╃。為我國熱量表耐久性試驗研究提供檢測手段◕↟☁，為促進產品質量提升做好技術保障↟╃╃╃。

上一篇│↟：詳談智慧型汙水流量計首次運用在尿素水解系統中的應用

下一篇│↟：涉及印染汙水流量計霍爾效應問題易錯點的剖析