亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于PLC與組態(tài)技術(shù)的氣體超聲波流量計(jì)校準(zhǔn)平臺

        2022-09-20 02:03:44胡開明李躍忠劉薇
        機(jī)床與液壓 2022年10期
        關(guān)鍵詞:標(biāo)準(zhǔn)表電動閥開度

        胡開明,李躍忠,劉薇

        (1. 東華理工大學(xué)長江學(xué)院,江西撫州 344000;2.東華理工大學(xué)江西省新能源工藝與裝備工程技術(shù)研究中心,江西南昌 330013)

        0 前言

        氣體超聲波流量計(jì)是利用超聲聲學(xué)原理工作的新型流量測量儀表,目前廣泛應(yīng)用于大管徑氣體流量測量中,具有計(jì)量穩(wěn)定可靠、量程比大、無壓損、安裝方便、非接觸測量等一些突出優(yōu)點(diǎn),是一種較為理想的節(jié)能型流量計(jì),受到流量計(jì)量行業(yè)的廣泛認(rèn)可和極大關(guān)注。因此很有必要研制滿足氣體超聲波流量計(jì)計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)裝置,構(gòu)建檢定系統(tǒng),提高計(jì)量水平。隨著氣體超聲波流量計(jì)在西氣東輸?shù)却笠?guī)模工程項(xiàng)目中的應(yīng)用,大管徑流量計(jì)計(jì)量需求越來越大,但大型流量計(jì)檢定系統(tǒng)造價(jià)過于昂貴,難以普遍應(yīng)用推廣。本文作者在分析氣體超聲波流量計(jì)工作原理的基礎(chǔ)上,搭建結(jié)構(gòu)簡單、耗能少的氣體超聲波流量計(jì)校準(zhǔn)平臺,在保證氣體超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確的同時(shí)有效降低成本,提高檢定的自動化水平。

        1 超聲波氣體流量計(jì)校準(zhǔn)原理與結(jié)構(gòu)組成

        1.1 超聲波傳輸原理

        氣體超聲波流量計(jì)是通過檢測氣體流動對超聲波脈沖的作用,以測量體積流量的儀表。氣體超聲波流量計(jì)是將超聲波換能器接收到的發(fā)射器發(fā)出的聲波信號經(jīng)放大、整形、濾波處理成電信號,進(jìn)行體積計(jì)算,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣體流量檢測的目的。其最常見的測量方法是時(shí)差法。時(shí)差法氣體超聲波流量計(jì)是根據(jù)超聲波脈沖在順流和逆流中的傳播時(shí)間差計(jì)算氣體流速的儀表,在其管道的上下游分別安裝了一對超聲波換能器A和B,超聲波傳播聲道長度為,管道直徑為,聲道與管道橫截面積直徑所呈的銳角為,超聲波在靜止氣體中傳播的聲速為,為超聲波傳輸路徑方向的氣體線平均流速,則有:

        (1)

        其中:Δ為順逆流傳播的時(shí)間差。

        1.2 結(jié)構(gòu)組成

        標(biāo)準(zhǔn)表法校準(zhǔn)是將標(biāo)準(zhǔn)表和待校準(zhǔn)流量計(jì)串聯(lián)起來,在相同的時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)通過標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì),用比較的方法確定被檢流量計(jì)準(zhǔn)確度的方法。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)表法獲得被測儀表體積值的方程:

        (2)

        式中:為被測表體積(m);為標(biāo)準(zhǔn)表處的壓力(kPa);為被測表處的溫度(K);為被測表處的壓力(kPa);為標(biāo)準(zhǔn)表處的溫度(K);為標(biāo)準(zhǔn)表的流量值。

        校準(zhǔn)裝置標(biāo)準(zhǔn)表選取噴嘴式氣體流量計(jì),氣體超聲波流量計(jì)為待測表。該校準(zhǔn)平臺是以空氣作為氣源,空氣通過真空泵生成負(fù)壓氣源,穩(wěn)定后氣源經(jīng)過前儲氣罐緩沖,在電動閥的控制下調(diào)節(jié)氣體流速,經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)表測試后,通過后儲氣罐緩沖,再經(jīng)過待測氣體超聲波流量表流出。此系統(tǒng)選用DN50的氣體管道,采用管道內(nèi)壓縮空氣為研究對象,包含PLC控制器、溫度、壓力檢測等器件。PLC采集管道內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)表和待測表的流量數(shù)據(jù),以標(biāo)準(zhǔn)表參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行算法分析后控制電動調(diào)節(jié)閥,實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)氣體流速穩(wěn)定。同時(shí)計(jì)算待測表流量、管道內(nèi)溫度和壓力的數(shù)據(jù),根據(jù)式(2)得到相應(yīng)標(biāo)況下的流量值。與標(biāo)準(zhǔn)表測出的示值對比得出待測氣體超聲波流量計(jì)的測量指標(biāo)結(jié)果,并根據(jù)測試的結(jié)果修正其儀表系數(shù)?,F(xiàn)場數(shù)據(jù)通過總線送至工控機(jī),在組態(tài)信息管理環(huán)境下完成待測流量表的自動檢定,分析多次測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),求取待測氣體超聲波流量計(jì)的測量誤差和重復(fù)性,完成標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度的分析,進(jìn)而獲取待測表的準(zhǔn)確信息。該系統(tǒng)具備自動采集各種數(shù)據(jù)、自動計(jì)算以及自動打印報(bào)表和儲存數(shù)據(jù)等功能,實(shí)現(xiàn)檢定過程自動化、高精度與高效性。系統(tǒng)總的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

        圖1 氣體超聲波流量計(jì)校準(zhǔn)平臺

        2 系統(tǒng)建模與仿真

        2.1 系統(tǒng)模型

        借助實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)平臺進(jìn)行試驗(yàn)測試,將系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)化為閥門開度與管道流量的關(guān)系??諝膺M(jìn)入管道后通過電動閥調(diào)節(jié)控制流速的大小,經(jīng)噴嘴流量計(jì)測量出流量值后通過待測表流出,由電動閥開度的變化測出管道內(nèi)空氣的流量值。表1為電動閥開度每增加10%所對應(yīng)的噴嘴流量計(jì)的空氣流量值。

        表1 閥門開度與噴嘴流量計(jì)流量的測量值

        根據(jù)表1所示的噴嘴流量計(jì)的空氣流量測量值與閥門開度間的關(guān)系用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合算,得出氣體流量的傳遞函數(shù)為

        (3)

        2.2 仿真分析

        流量計(jì)檢定的前提條件是管道內(nèi)氣體流量值恒定不變。為了實(shí)現(xiàn)快速檢定,采用PID算法使管道內(nèi)氣體快速地處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)式(3),建立MATLAB仿真模型,進(jìn)行PID 自整定,得到仿真曲線如圖2所示。

        圖2 氣體流量PID控制輸出波形

        從圖2可知該曲線的快速性和穩(wěn)定性都非常好。經(jīng)過分析可得出,氣體流量響應(yīng)速度快、穩(wěn)態(tài)無靜差、無超調(diào),調(diào)節(jié)時(shí)間約為120 s,控制效果良好。據(jù)此完成氣體穩(wěn)流的控制,為PLC控制器實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)平臺的PID 控制提供參數(shù)依據(jù),是氣體流量檢定的基礎(chǔ)。

        3 PLC程序設(shè)計(jì)

        3.1 PLC外部接線

        采用西門子系列CPU224型號PLC,為配合模擬量參數(shù)的檢測與輸出再擴(kuò)展一片EM235模塊。按照控制要求,系統(tǒng)的I/O口分配如表2所示。PLC根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)表噴嘴流量計(jì)計(jì)算出實(shí)際流量值,將其與設(shè)定值相減,獲取流量偏差值,對偏差進(jìn)行PID算法運(yùn)算,控制電動閥的開度,使得管道內(nèi)氣體在短時(shí)間穩(wěn)定。同時(shí)采集管道內(nèi)的溫度、壓力和超聲波氣體流量計(jì)信號到PLC,經(jīng)計(jì)算分析后,完成待校準(zhǔn)氣體超聲波流量計(jì)的儀表系數(shù)計(jì)算,進(jìn)行在線標(biāo)定?,F(xiàn)場數(shù)據(jù)再傳送至上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控界面上,實(shí)現(xiàn)檢定過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。其外部接線如圖3所示。

        表2 系統(tǒng)I/O口分配

        圖3 PLC外部接線

        3.2 程序設(shè)計(jì)

        管道內(nèi)氣體只有處于穩(wěn)定狀態(tài)才能校準(zhǔn),所以PLC程序設(shè)計(jì)包括管道內(nèi)氣體流量的穩(wěn)流控制和實(shí)流檢定兩部分。

        3.2.1 管道氣體穩(wěn)流控制

        校準(zhǔn)平臺是在穩(wěn)流的基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的。穩(wěn)流是通過采集噴嘴流量計(jì)中的流量值,送入PID指令的輸入端口,按照整定過的參數(shù)經(jīng)過 PID 算法處理,輸出結(jié)果控制電動閥的開度,使得校準(zhǔn)平臺氣體流量達(dá)到穩(wěn)流。PID程序是調(diào)用PLC編程軟件中自帶的 PID 指令來完成的,按照PID向?qū)ХㄟM(jìn)行給定值的設(shè)置、選擇PID控制參數(shù),設(shè)定回路輸入、輸出量的參數(shù)和輸出警報(bào)參數(shù),選取變量地址為VB100,即可生成PID運(yùn)算的子程序和中斷程序。子程序中使用局部變量,其中的輸入、輸出變量需要在調(diào)用程序中按照數(shù)據(jù)類型的要求進(jìn)行賦值,如圖4所示。

        指令向?qū)Хㄖ蠵ID 運(yùn)算是通過調(diào)用子程序(PID0_INIT)實(shí)現(xiàn)的。運(yùn)算時(shí)其過程變量(PV)和PID回路輸出值(Mn)均為 0.00~1.00 之間的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)數(shù)。先將標(biāo)準(zhǔn)表流量采集信號(AIW0)值換成PV標(biāo)準(zhǔn)實(shí)數(shù)供PID 運(yùn)算,再將運(yùn)算結(jié)果的實(shí)數(shù)值轉(zhuǎn)換成整數(shù)值送給模擬量輸出模塊(AQW0),這些運(yùn)算都是在指令向?qū)е凶詣油瓿傻摹D4中PV_I 是PLC中標(biāo)準(zhǔn)流量采集信號的地址,Setpoint_R設(shè)定值的百分?jǐn)?shù),Output 是 PID 控制運(yùn)算結(jié)果的輸出整數(shù)值,驅(qū)動電動閥。HighAlarm和LowAlarm分別是上下限的報(bào)警指示信號,ModuleErr是模擬量模塊的故障輸出信號。

        圖4 指令向?qū)Х≒ID初始化指令

        3.2.2 校準(zhǔn)程序

        在氣體流量穩(wěn)流的基礎(chǔ)上,將EM235采集到的噴嘴流量計(jì)、氣體超聲波流量計(jì)、溫度和壓力的示數(shù)送入PLC中,按照公式(2)換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的數(shù)值,再與標(biāo)準(zhǔn)表的數(shù)值進(jìn)行比較,分析校準(zhǔn)性能指標(biāo),進(jìn)而修正氣體超聲波流量計(jì)的流量系數(shù),完成待校準(zhǔn)表的校準(zhǔn)。PLC分別將采集到的標(biāo)準(zhǔn)表的模擬量 AIW0、待測表的模擬量 AIW2、溫度的模擬量 AIW4、壓力的模擬量 AIW6的數(shù)值經(jīng)過單極性的數(shù)值轉(zhuǎn)換后,得到的標(biāo)準(zhǔn)量分別存入VD100 、VD200、 VD204和VD206內(nèi),按照氣體流量的轉(zhuǎn)換公式分別換算成標(biāo)況下的流量值,比較兩者流量值得到校準(zhǔn)的效果。

        4 組態(tài)監(jiān)控調(diào)試與分析

        4.1 組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)

        采用亞控公司的組態(tài)王KingView6.55進(jìn)行校準(zhǔn)系統(tǒng)的控制界面設(shè)計(jì)和參數(shù)的設(shè)置,根據(jù)表1中的I/O口定義組態(tài)王中的數(shù)據(jù)詞典變量,在圖庫中調(diào)出包括前儲氣罐、電動閥、標(biāo)準(zhǔn)流量表、溫度元件、氣壓表、待測流量表、后儲氣罐等器件進(jìn)行畫面設(shè)計(jì),同時(shí)在監(jiān)控界面上設(shè)置溫度、壓力、待測表、標(biāo)準(zhǔn)表的測量值。將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)詞典定義好的變量與組態(tài)界面畫圖進(jìn)行動畫連接。在組態(tài)中連接PLC設(shè)備,設(shè)置通信參數(shù),實(shí)現(xiàn)組態(tài)王與PLC間的通信連接。在校準(zhǔn)系統(tǒng)的界面中添加流量的實(shí)時(shí)曲線圖與歷史曲線圖,生成可查看的數(shù)據(jù)報(bào)表和曲線,豐富系統(tǒng)的功能。

        4.2 組態(tài)調(diào)試

        打開開發(fā)的組態(tài)監(jiān)控畫面,進(jìn)入組態(tài)運(yùn)行環(huán)境,對校準(zhǔn)平臺進(jìn)行測試,測試效果如圖5所示。除了能夠顯示出校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及儀表動畫數(shù)據(jù)外,該平臺還提供了標(biāo)準(zhǔn)表和待校準(zhǔn)表的各參數(shù)數(shù)值,同時(shí)還能顯示其他流量實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線。圖中溫度檢測、氣壓檢測以及標(biāo)準(zhǔn)表、待測表都能正常工作。

        圖5 氣體超聲波流量檢定系統(tǒng)

        圖5中調(diào)試圖是將標(biāo)準(zhǔn)表流量設(shè)定為100 m/h獲取的波形和參數(shù)數(shù)據(jù),可知實(shí)時(shí)曲線與MATLAB仿真一致,理論與實(shí)際結(jié)果相吻合。從實(shí)時(shí)波形可以看出,氣體流量快速、穩(wěn)定地保持在了100 m/h,其中標(biāo)準(zhǔn)表測量數(shù)據(jù)為100.000 m/h,待測表的測量數(shù)據(jù)為99.990 3 m/h,測量結(jié)果在誤差允許的范圍之內(nèi)。系統(tǒng)能夠通過查看歷史曲線獲得歷史數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)可以穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確地改變氣體流量,并對氣體流量計(jì)進(jìn)行檢定。

        4.3 實(shí)驗(yàn)分析

        在組態(tài)里改變流量設(shè)定值,分別驗(yàn)證各流速下的流量測量值。當(dāng)改變氣體流速后,流量曲線隨著閥門開度變化而相應(yīng)改變,變化趨勢一致。同時(shí)溫度檢測、氣壓檢測以及標(biāo)準(zhǔn)表、待測表都能正常工作。表3為校準(zhǔn)系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)測試時(shí)電動閥門開度與標(biāo)準(zhǔn)表和待測表中的流量值間對應(yīng)關(guān)系。

        表3 閥門開度與流量數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系

        通過逐步提高調(diào)節(jié)閥門開度,測試出此待測表的最大測量上限為330 m/h,標(biāo)準(zhǔn)表在340 m/h也達(dá)到了上限。由于閥門開度變大,管道氣體流量改變過程中超調(diào)變大,故在檢定中選擇中間較小流量測量范圍對待測表進(jìn)行檢定為宜。

        在校準(zhǔn)出待測表的測量范圍后,需要計(jì)算重復(fù)性、穩(wěn)定性、校準(zhǔn)相對誤差和控制相對誤差參數(shù)以檢驗(yàn)檢定效果。其中重復(fù)性可表示為

        (4)

        式中:為流量計(jì)滿量程示數(shù);()為測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差,其中

        (5)

        系統(tǒng)穩(wěn)定性的計(jì)算公式為

        (6)

        式中:為包含因子,這里取2。

        系統(tǒng)的控制相對誤差計(jì)算公式為

        (7)

        式中:為設(shè)定的流量值。

        系統(tǒng)的校準(zhǔn)相對可通過以下公式得出:

        (8)

        選取表3中電動閥開度分別為10%、20%、30%三組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)算,結(jié)合圖5中的數(shù)據(jù),代入相關(guān)的公式中,得出:重復(fù)性=0.19%,穩(wěn)定性=0.45%,控制相對誤差=0.29%,校準(zhǔn)相對誤差=0.28%,能夠滿足工業(yè)計(jì)量要求。

        5 結(jié)束語

        采用空壓機(jī)提供穩(wěn)定氣源,以噴嘴式氣體流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表,研制一套氣體超聲波流量校準(zhǔn)裝置,通過PLC控制電動調(diào)節(jié)閥的開度實(shí)現(xiàn)管道氣體穩(wěn)定,在組態(tài)監(jiān)控環(huán)境內(nèi)完成實(shí)流檢定,經(jīng)過性能分析達(dá)到了校準(zhǔn)的要求。該裝置結(jié)構(gòu)簡單,具有快速、準(zhǔn)確和穩(wěn)定的特點(diǎn),較好實(shí)現(xiàn)氣體流量檢定過程遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作,提高了氣體超聲波流量計(jì)的校準(zhǔn)效率與自動化水平。

        猜你喜歡
        標(biāo)準(zhǔn)表電動閥開度
        大口徑熱量表檢定裝置常見故障及解決對策
        掘進(jìn)機(jī)用截止閥開度對管路流動性能的影響
        增大某車型車門開度的設(shè)計(jì)方法
        北京汽車(2021年2期)2021-05-07 03:56:26
        燃燒器二次風(fēng)擋板開度對爐內(nèi)燃燒特性的影響
        電動閥門使用中的常見問題以及解決措施
        山西建筑(2018年22期)2018-03-22 23:36:27
        一種適用于雙標(biāo)準(zhǔn)表檢定系統(tǒng)的接線裝置
        一款基于18位ADC的高準(zhǔn)確度三相標(biāo)準(zhǔn)表的設(shè)計(jì)
        電動閥錘擊故障原因分析及處理
        基于模糊聚類的安全級電動閥故障診斷研究
        電測與儀表(2014年1期)2014-04-04 12:00:24
        弧門開度檢測裝置改造
        偷拍夫妻视频一区二区| 亚洲精品国产av日韩专区| 色呦呦九九七七国产精品| 国产精品久久久久aaaa| 久久久久国色av∨免费看| 久久91精品国产91久| 日韩精品一区二区亚洲专区| 国产 高潮 抽搐 正在播放 | 伊人狠狠色丁香婷婷综合| аⅴ天堂国产最新版在线中文| 天堂av一区二区在线| 不卡的av网站在线观看| 奇米影视777撸吧| 国产成人综合久久久久久| 日韩熟女精品一区二区三区视频| 强d乱码中文字幕熟女免费| 国产中文欧美日韩在线| 久久99精品久久久久久齐齐百度| 国内偷拍第一视频第一视频区| 日韩在线观看入口一二三四| 久久亚洲精品无码va白人极品| 无码不卡免费一级毛片视频| 热综合一本伊人久久精品| 亚洲gay片在线gv网站| 日日噜噜噜夜夜爽爽狠狠视频| 精品18在线观看免费视频| 国产黄片一区二区三区| 加勒比一本heyzo高清视频| 亚洲av无码之日韩精品| 久久无码高潮喷水抽搐| 好看的日韩精品视频在线| 伊人久久大香线蕉综合影院首页| 俺也去色官网| 最近中文字幕一区二区三区| 欧美亅性猛交内射| 中文字幕一区二区三区精彩视频 | 国产一区二区三区内射| 永久免费av无码入口国语片| 国产人成亚洲第一网站在线播放| 麻豆视频黄片在线免费观看| 亚洲熟妇丰满多毛xxxx|