熱水流量計在熱量表耐久性試驗裝置中的系統(tǒng)設(shè)計討論

通信控制系統(tǒng)由工控機、變頻器、水泵、數(shù)據(jù)采集卡、熱水流量計等組成。在整個熱量表耐久性試驗裝置中，熱水流量計與被試驗熱量表串聯(lián)在試驗管路中。系統(tǒng)設(shè)定流量值 qs，通過工控機發(fā)送信號給變頻器，來控制水泵運轉(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當(dāng)前瞬時流量值反饋給工控機，工控機將返回流量值與設(shè)定流量值qs進行比較，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。要實現(xiàn)熱量表耐久性 4000 次冷熱沖擊試驗，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(yù)先達到試驗要求溫度，水泵運轉(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，實現(xiàn)冷熱水的切換。熱水沖擊時，熱水出水閥與熱水回水閥打開的同時，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，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，確保試驗管路冷水沖擊。系統(tǒng)通過四個開關(guān)閥對管路進行時序控制，達到管路切換的目的，很好地實現(xiàn)了 4000次冷熱循環(huán)沖擊試驗。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(tài)四個開關(guān)閥全部關(guān)閉。試驗開始時，熱水出水閥、熱水回水閥同時打開， 95℃熱水狀態(tài)下運行 2． 5min 后，1min 內(nèi)切換至冷水，進行冷水沖擊。此時，熱水出水閥關(guān)閉的同時冷水出水閥打開，由于管路中還有熱水，為避免冷熱水交叉影響試驗結(jié)果，熱水回水閥延時 T1 關(guān)閉;待管路充滿冷水，熱水回水閥關(guān)閉同時冷水回水閥打開， 20℃ 冷水狀態(tài)下運行 2． 5min。此過程為一個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行，一個打開另一個關(guān)閉，同樣地，熱水回水閥與冷水回水閥也是同步進行，一個打開另一個關(guān)閉。上述過程為一個周期的運行，如此循環(huán) 4000 個周期，便可完成 4000 次冷熱沖擊試驗。試驗過程中，由于管路切換、閥門響應(yīng)時間以及延遲時間的不同，且每次回水閥都要延遲打開，每個周期回水閥都會相應(yīng)延時，且延時時間不同，如圖 3 所示，運行*二個周期時熱水回水閥總共延時 T1 + T2時間，隨著試驗運行周期的增加，回水閥延時會增加，可能會導(dǎo)致熱水箱或者冷水箱水溢出，故要時刻注意試驗運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(yīng)調(diào)節(jié)控制，保證冷熱水箱水位的平衡，及時避免溢水。
2. 3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由工控機、熱水流量計以及數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的采集用到熱水流量計及數(shù)據(jù)采集卡。熱水流量計采集管路流量，數(shù)據(jù)采集卡將熱水流量計采集到的數(shù)據(jù)反饋給工控機系統(tǒng)。過程中，試驗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、計數(shù)器功能等。為保證冷熱沖擊試驗結(jié)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(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)熱水流量計脈沖計數(shù)進行采集，其數(shù)據(jù)采集卡端口設(shè)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(xù)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程運行如圖 5 所示。
整個試驗過程需要對試驗介質(zhì)進行加熱、保溫，并利用水泵提供足夠的水源壓力保證熱量表規(guī)定的試驗流量。

4 總結(jié)
本文研究的 4000 次冷熱沖擊試驗的實現(xiàn)具有以下特點: (1)基于“工控機 +水泵 + 熱水流量計”的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了流量自動反饋調(diào)節(jié)，滿足試驗要求; (2)通過四個開關(guān)閥的時序切換，自動控制試驗溫度，很好的完成了 4000 次溫度沖擊試驗; (3)通過“工控機 + 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集卡”的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實時監(jiān)控試驗過程中的流量、溫度、壓力等相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)試驗方式的自動控制，并能對試驗數(shù)據(jù)進行分析與評定。 (4)試驗的全過程為智能自動化，可無人員留守看護。試驗結(jié)果可直接反映出熱量表在長時間運行后的可靠性。為我國熱量表耐久性試驗研究提供檢測手段，為促進產(chǎn)品質(zhì)量提升做好技術(shù)保障。