熱水流量計(jì)在熱量表耐久性試驗(yàn)裝置中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)討論

通信控制系統(tǒng)由工控機(jī)、變頻器、水泵、數(shù)據(jù)采集卡、熱水流量計(jì)等組成。在整個(gè)熱量表耐久性試驗(yàn)裝置中，熱水流量計(jì)與被試驗(yàn)熱量表串聯(lián)在試驗(yàn)管路中。系統(tǒng)設(shè)定流量值 qs，通過工控機(jī)發(fā)送信號給變頻器，來控制水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)通過研華數(shù)據(jù)采集卡 PCI1711 將采集到的熱水流量計(jì)當(dāng)前瞬時(shí)流量值反饋給工控機(jī)，工控機(jī)將返回流量值與設(shè)定流量值qs進(jìn)行比較，從而確定是否需要重新調(diào)整變頻器頻率控制水泵轉(zhuǎn)速。此過程是一個(gè)完整的閉環(huán) PID 控制過程，其閉環(huán)控制過程如圖 2 所示。 2. 2 管路切換系統(tǒng)管路切換主要由冷熱水箱、水泵、開關(guān)閥等組成。要實(shí)現(xiàn)熱量表耐久性 4000 次冷熱沖擊試驗(yàn)，需要實(shí)時(shí)控制管路中熱水與冷水的交替使用。

開始試驗(yàn)，冷熱水箱預(yù)先達(dá)到試驗(yàn)要求溫度，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)管路流量至設(shè)定值。系統(tǒng)給定信號控制四個(gè)開關(guān)閥(熱水出水閥、熱水回水閥、冷水出水閥、冷水回水閥) 的打開與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)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的同時(shí)，冷水出水閥與冷水回水閥關(guān)閉，確保試驗(yàn)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，熱水出水閥與熱水回水閥關(guān)閉，確保試驗(yàn)管路冷水沖擊。系統(tǒng)通過四個(gè)開關(guān)閥對管路進(jìn)行時(shí)序控制，達(dá)到管路切換的目的，很好地實(shí)現(xiàn)了 4000次冷熱循環(huán)沖擊試驗(yàn)。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)開關(guān)閥全部關(guān)閉。試驗(yàn)開始時(shí)，熱水出水閥、熱水回水閥同時(shí)打開， 95℃熱水狀態(tài)下運(yùn)行 2． 5min 后，1min 內(nèi)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，由于管路中還有熱水，為避免冷熱水交叉影響試驗(yàn)結(jié)果，熱水回水閥延時(shí) T1 關(guān)閉;待管路充滿冷水，熱水回水閥關(guān)閉同時(shí)冷水回水閥打開， 20℃ 冷水狀態(tài)下運(yùn)行 2． 5min。此過程為一個(gè)完整的冷熱沖擊過程，過程中熱水出水閥與冷水出水閥同步進(jìn)行，一個(gè)打開另一個(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)打開另一個(gè)關(guān)閉。上述過程為一個(gè)周期的運(yùn)行，如此循環(huán) 4000 個(gè)周期，便可完成 4000 次冷熱沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，由于管路切換、閥門響應(yīng)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，每個(gè)周期回水閥都會(huì)相應(yīng)延時(shí)，且延時(shí)時(shí)間不同，如圖 3 所示，運(yùn)行*二個(gè)周期時(shí)熱水回水閥總共延時(shí) T1 + T2時(shí)間，隨著試驗(yàn)運(yùn)行周期的增加，回水閥延時(shí)會(huì)增加，可能會(huì)導(dǎo)致熱水箱或者冷水箱水溢出，故要時(shí)刻注意試驗(yàn)運(yùn)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(yīng)調(diào)節(jié)控制，保證冷熱水箱水位的平衡，及時(shí)避免溢水。
2. 3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由工控機(jī)、熱水流量計(jì)以及數(shù)據(jù)采集卡組成。 4000 次冷熱沖擊試驗(yàn)要求在在*大流量 qs 條件下運(yùn)行，對流量數(shù)據(jù)的采集用到熱水流量計(jì)及數(shù)據(jù)采集卡。熱水流量計(jì)采集管路流量，數(shù)據(jù)采集卡將熱水流量計(jì)采集到的數(shù)據(jù)反饋給工控機(jī)系統(tǒng)。過程中，試驗(yàn)管路水溫以及水箱水位的采集控制也是通過數(shù)據(jù)采集卡反饋給系統(tǒng)控制。試驗(yàn)過程用到的數(shù)據(jù)采集卡采用研華生產(chǎn)的PCI － 1711。PCI － 1711 是一款多功能 PCI 總線數(shù)據(jù)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(shù)字輸入和 16 路數(shù)字輸出功能、計(jì)數(shù)器功能等。為保證冷熱沖擊試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，嚴(yán)要求嚴(yán)格控制管路流量以及管路壓力。因此，管路設(shè)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(jù)熱水流量計(jì)脈沖計(jì)數(shù)進(jìn)行采集，其數(shù)據(jù)采集卡端口設(shè)置如表 1 所示。

3 試驗(yàn)運(yùn)行
試驗(yàn)選用公司生產(chǎn)的 DN15 超聲波熱量表，該表試驗(yàn)前已連續(xù)使用 5 年以上，準(zhǔn)確度等級為3 級。試驗(yàn)選用 9 塊熱量表，截取某次試驗(yàn)一段過程運(yùn)行如圖 5 所示。
整個(gè)試驗(yàn)過程需要對試驗(yàn)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(guī)定的試驗(yàn)流量。

4 總結(jié)
本文研究的 4000 次冷熱沖擊試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)具有以下特點(diǎn): (1)基于“工控機(jī) +水泵 + 熱水流量計(jì)”的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了流量自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)，滿足試驗(yàn)要求; (2)通過四個(gè)開關(guān)閥的時(shí)序切換，自動(dòng)控制試驗(yàn)溫度，很好的完成了 4000 次溫度沖擊試驗(yàn); (3)通過“工控機(jī) + 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集卡”的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)過程中的流量、溫度、壓力等相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)方式的自動(dòng)控制，并能對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與評定。 (4)試驗(yàn)的全過程為智能自動(dòng)化，可無人員留守看護(hù)。試驗(yàn)結(jié)果可直接反映出熱量表在長時(shí)間運(yùn)行后的可靠性。為我國熱量表耐久性試驗(yàn)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。