浮子流量計(jì)又稱轉(zhuǎn)子流量計(jì)，是經(jīng)典的變面積式流量計(jì)，是以浮子在垂直錐形管內(nèi)隨著流量變化而升降，改變它們之間形成的流通環(huán)隙面積作流量測(cè)量依據(jù)的體積流量儀表。 因其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，壓損小且穩(wěn)定，可測(cè)低速流速介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，一直廣泛應(yīng)用于氣體、液體的流量測(cè)量和自動(dòng)控制系統(tǒng)中。 目前，我國浮子流量計(jì)的大部分市場(chǎng)被進(jìn)口和合資的產(chǎn)品占據(jù)，國內(nèi)的浮子流量計(jì)技術(shù)普遍停留在中低水平，特別是精度、量程等關(guān)鍵指標(biāo)與國外仍存在差距。 本研究對(duì)傳統(tǒng)浮子流量計(jì)檢測(cè)控制系統(tǒng)革新，開發(fā)研制了金屬管浮子流量計(jì)的智能檢測(cè)控制系統(tǒng)。

 

1 金屬管浮子流量計(jì)概述

        浮子流量計(jì)按其錐形管制造材料的不同，可分為玻璃管、塑料管和金屬管三種。 金屬管浮子流量計(jì)相對(duì)于玻璃管和塑料管而言，沒有錐管破裂的風(fēng)險(xiǎn)，使用溫度和壓力范圍更寬，而且還具有玻璃管和塑料管浮子流量計(jì)沒有的信號(hào)遠(yuǎn)傳功能，因此應(yīng)用更加廣泛。 按其信號(hào)傳輸?shù)姆绞讲煌�，金屬管浮子流量�?jì)又分為就地指示型和遠(yuǎn)傳型。 就地指示型即通過指針直接指示流量。 遠(yuǎn)傳型又分為氣遠(yuǎn)傳和電遠(yuǎn)傳兩種，氣遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)的特性與電遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)相似， 只是遠(yuǎn)傳信號(hào)是 0.02~0.1MPa 的氣壓信號(hào)。 目前信號(hào)遠(yuǎn)傳方式還是以電遠(yuǎn)傳為主，非常常用的電遠(yuǎn)傳金屬管浮子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)是在就地指示型的基礎(chǔ)上，再通過特定的機(jī)械結(jié)構(gòu)帶動(dòng)差動(dòng)變壓器或者角傳感器等，將浮子的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為差動(dòng)變壓器的鐵芯或者角位移傳感器等的角位移，再轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓信號(hào)輸出。 工業(yè)生產(chǎn)中，金屬管浮子流量計(jì)主要用于復(fù)雜、惡劣環(huán)境條件下對(duì)高溫、 高壓介質(zhì)及其他各種介質(zhì)條件的流量測(cè)量。它除了用于工業(yè)原料配比計(jì)量外，還能傳輸標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行過程控制、流量檢測(cè)或直接與記錄儀和顯示儀配套使用、計(jì)量累計(jì)流量等。

 

2 智能檢測(cè)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

        金屬管浮子流量計(jì)可進(jìn)行氣體和液體的流量測(cè)量。 在金屬管浮子氣體流量計(jì)檢測(cè)控制系統(tǒng)中，對(duì)溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)均有較高的精度要求，且要求工作狀態(tài)穩(wěn)定、可靠性高、人機(jī)界面友好。 因此， 本系統(tǒng)開發(fā)中采用了以研華工控機(jī) IPC610 系列的硬件系統(tǒng)配以 KingView 組態(tài)王應(yīng)用軟件平臺(tái)構(gòu)成智能型檢測(cè)控制系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與控制。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

        研華工控機(jī) IPC-610 采用 19" 加固型 4U 上架式機(jī)箱，配置有 14 插槽無源底板或工業(yè)級(jí)母板，抗沖擊磁盤驅(qū)動(dòng)器托架可支持 3 個(gè) 5.25" 和 1 個(gè) 3.5"的磁盤驅(qū)動(dòng)器，前端配備 2 個(gè) USB 和 PS/2 鍵盤 I/O接口，機(jī)箱前面板上的系統(tǒng)狀態(tài) LED 指示燈可顯示電源、硬盤和系統(tǒng)電壓的運(yùn)行情況，兩個(gè)過濾冷卻風(fēng)扇可在整個(gè)機(jī)箱內(nèi)維持正的空氣循環(huán)。 由于以上特點(diǎn)， 使得 IPC-610 擁有很強(qiáng)的防干擾、 防塵、防震、防擾流的能力，廣泛應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的工業(yè)控制系統(tǒng)。 本系統(tǒng)主機(jī)選用研華 IPC610P4 ，包括主板、各種輸入模塊以及 RS-485 通信模塊。 由各路各類型傳感器 ( 溫度、壓力、流量脈沖 ) 、顯示控制功能模塊、測(cè)量控制模塊、模擬量輸入接口、數(shù)字量輸入接口及 RS-485 通信接口構(gòu)成的不同功能智能單元，與主機(jī)進(jìn)行信息交互，由工控機(jī) CPU 統(tǒng)一協(xié)調(diào)、指揮和處理任務(wù)。 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既滿足了各種模擬量和數(shù)字量的測(cè)控要求，而且采用 RS-485 通信方式，具有傳輸距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)容量大、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，很好地解決了系統(tǒng)中大功率設(shè)備可能造成的干擾，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的精度要求。

 

        金屬管浮子流量計(jì)可用于較高壓力的氣體和溫度超過沸點(diǎn)的高壓液體測(cè)量，但要求被測(cè)流體的工作壓力和溫度應(yīng)低于儀表規(guī)定的額定值。 當(dāng)流體溫度較高時(shí)，必須要降低其額定壓力。 同時(shí)，流體的非常低工作壓力應(yīng)高于壓力損失 2 倍以上，以防用于氣體計(jì)量時(shí)壓力過低產(chǎn)生浮子跳動(dòng)， 導(dǎo)致精度下降。 因此，為保證金屬管浮子流量計(jì)正常工作，需對(duì)流體的溫度和壓力應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 本系統(tǒng)溫度傳感器選用 JWB／P 一體化溫度變送器，輸出 4-20mA 標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)至工控機(jī)信號(hào)采集系統(tǒng)，檢測(cè)精度高。 壓力傳感器選用 JYB-KO-PAG 壓力變送器， 適應(yīng)壓力范圍廣，防護(hù)等級(jí)高。 流量傳感器采用電遠(yuǎn)傳方式，將浮子的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出到工控計(jì)算機(jī)中。

 

3 智能檢測(cè)控制系統(tǒng)軟件開發(fā)

        在軟件開發(fā)上，采用我國廣泛應(yīng)用的 KingView組態(tài)王軟件。 KingView 軟件整合了滿足 GPIB 、 VXI 、PXI 、 RS-232 和 RS-485 以及數(shù)據(jù)采集卡等硬件通信的全部功能， 同時(shí)還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP 、ActiveX 等軟件所產(chǎn)生的 32 位編譯程序，可使數(shù)據(jù)采集、處理、測(cè)試、測(cè)量等方案高速運(yùn)行，也可單獨(dú)生成可執(zhí)行文件。 由于 KingView 基于圖形化編程語言的開發(fā)環(huán)境，有功能強(qiáng)大的輔助工具 , 如 : 可以設(shè)置斷點(diǎn)，可以使程序動(dòng)畫式運(yùn)行以觀察程序的運(yùn)行細(xì)節(jié)，還可以單獨(dú)運(yùn)行等。 這些功能均使程序的調(diào)試和開發(fā)更為簡捷，其編程的靈活性和完善的性能大大方便了應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。 工程技術(shù)人員可使用自己熟悉的術(shù)語、圖表和概念以及圖形化的符號(hào)而不是文本的語言來描述程序，構(gòu)成自己的工程控制系統(tǒng)，使得開發(fā)難度和復(fù)雜性大大降低，這有效縮短了應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間，其效率之高，是傳統(tǒng)編程方式無法比擬的。

 

        基于 KingView 組態(tài)王監(jiān)控軟件開發(fā)平臺(tái)，我們?cè)O(shè)計(jì)出金屬管浮子流量計(jì)的智能檢測(cè)控制系統(tǒng)軟件。 軟件流程圖及軟件功能結(jié)構(gòu)如圖 2、圖3 所示。

4 結(jié) 語

        該金屬管浮子流量計(jì)智能檢測(cè)控制系統(tǒng)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)于一體，形成一種新型控制方式，具有高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，性價(jià)比高。 實(shí)踐證明，該智能型檢測(cè)控制系統(tǒng)應(yīng)用于重慶耐德工業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)的金屬管浮子流量計(jì)后，大大提高了其流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中的檢測(cè)精度和穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)效益顯著。