金屬管浮子流量計智能檢測控制系統的軟硬件升級研制

浮子流量計又稱轉子流量計，是經典的變面積式流量計，是以浮子在垂直錐形管內隨著流量變化而升降，改變它們之間形成的流通環隙面積作流量測量依據的體積流量儀表。 因其結構簡單，工作可靠，壓損小且穩定，可測低速流速介質等優點，一直廣泛應用于氣體、液體的流量測量和自動控制系統中。 目前，我國浮子流量計的大部分市場被進口和合資的產品占據，國內的浮子流量計技術普遍停留在中低水平，特別是精度、量程等關鍵指標與國外仍存在差距。 本研究對傳統浮子流量計檢測控制系統革新，開發研制了金屬管浮子流量計的智能檢測控制系統。

1 金屬管浮子流量計概述

      浮子流量計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。 金屬管浮子流量計相對于玻璃管和塑料管而言，沒有錐管破裂的風險，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沒有的信號遠傳功能，因此應用更加廣泛。 按其信號傳輸的方式不同，金屬管浮子流量計又分為就地指示型和遠傳型。 就地指示型即通過指針直接指示流量。 遠傳型又分為氣遠傳和電遠傳兩種，氣遠傳浮子流量計的特性與電遠傳浮子流量計相似， 只是遠傳信號是 0.02~0.1MPa 的氣壓信號。 目前信號遠傳方式還是以電遠傳為主，非常常用的電遠傳金屬管浮子流量計的結構是在就地指示型的基礎上，再通過特定的機械結構帶動差動變壓器或者角傳感器等，將浮子的位置信號轉換為差動變壓器的鐵芯或者角位移傳感器等的角位移，再轉換成標準電流、電壓信號輸出。 工業生產中，金屬管浮子流量計主要用于復雜、惡劣環境條件下對高溫、 高壓介質及其他各種介質條件的流量測量。它除了用于工業原料配比計量外，還能傳輸標準信號進行過程控制、流量檢測或直接與記錄儀和顯示儀配套使用、計量累計流量等。

2 智能檢測控制系統硬件結構

      金屬管浮子流量計可進行氣體和液體的流量測量。 在金屬管浮子氣體流量計檢測控制系統中，對溫度、壓力、流量等數據均有較高的精度要求，且要求工作狀態穩定、可靠性高、人機界面友好。 因此， 本系統開發中采用了以研華工控機 IPC610 系列的硬件系統配以 KingView 組態王應用軟件平臺構成智能型檢測控制系統， 實現了數據實時采集與控制。 系統硬件結構如圖 1 所示。

金屬管浮子流量計智能檢測控制系統硬件結構

金屬管浮子流量計智能檢測控制系統硬件結構

      研華工控機 IPC-610 采用 19" 加固型 4U 上架式機箱，配置有 14 插槽無源底板或工業級母板，抗沖擊磁盤驅動器托架可支持 3 個 5.25" 和 1 個 3.5"的磁盤驅動器，前端配備 2 個 USB 和 PS/2 鍵盤 I/O接口，機箱前面板上的系統狀態 LED 指示燈可顯示電源、硬盤和系統電壓的運行情況，兩個過濾冷卻風扇可在整個機箱內維持正的空氣循環。 由于以上特點， 使得 IPC-610 擁有很強的防干擾、 防塵、防震、防擾流的能力，廣泛應用于惡劣環境下的工業控制系統。 本系統主機選用研華 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、測量控制模塊、模擬量輸入接口、數字量輸入接口及 RS-485 通信接口構成的不同功能智能單元，與主機進行信息交互，由工控機 CPU 統一協調、指揮和處理任務。 該系統結構既滿足了各種模擬量和數字量的測控要求，而且采用 RS-485 通信方式，具有傳輸距離遠、數據容量大、抗干擾能力強等特點，很好地解決了系統中大功率設備可能造成的干擾，從而保證了整個系統的精度要求。

      金屬管浮子流量計可用于較高壓力的氣體和溫度超過沸點的高壓液體測量，但要求被測流體的工作壓力和溫度應低于儀表規定的額定值。 當流體溫度較高時，必須要降低其額定壓力。 同時，流體的非常低工作壓力應高于壓力損失 2 倍以上，以防用于氣體計量時壓力過低產生浮子跳動， 導致精度下降。 因此，為保證金屬管浮子流量計正常工作，需對流體的溫度和壓力應進行監測。 本系統溫度傳感器選用 JWB／P 一體化溫度變送器，輸出 4-20mA 標準模擬信號至工控機信號采集系統，檢測精度高。 壓力傳感器選用 JYB-KO-PAG 壓力變送器， 適應壓力范圍廣，防護等級高。 流量傳感器采用電遠傳方式，將浮子的位置信號轉換成與之相應的標準電信號輸出到工控計算機中。

3 智能檢測控制系統軟件開發

      在軟件開發上，采用我國廣泛應用的 KingView組態王軟件。 KingView 軟件整合了滿足 GPIB 、 VXI 、PXI 、 RS-232 和 RS-485 以及數據采集卡等硬件通信的全部功能， 同時還內置了便于應用 TCP/IP 、ActiveX 等軟件所產生的 32 位編譯程序，可使數據采集、處理、測試、測量等方案高速運行，也可單獨生成可執行文件。 由于 KingView 基于圖形化編程語言的開發環境，有功能強大的輔助工具 , 如 : 可以設置斷點，可以使程序動畫式運行以觀察程序的運行細節，還可以單獨運行等。 這些功能均使程序的調試和開發更為簡捷，其編程的靈活性和完善的性能大大方便了應用系統的開發。 工程技術人員可使用自己熟悉的術語、圖表和概念以及圖形化的符號而不是文本的語言來描述程序，構成自己的工程控制系統，使得開發難度和復雜性大大降低，這有效縮短了應用系統的開發時間，其效率之高，是傳統編程方式*的。

4 結 語

      該金屬管浮子流量計智能檢測控制系統集計算機技術、控制技術、通信技術于一體，形成一種新型控制方式，具有高精度、高穩定性、高可靠性等優點，性價比高。 實踐證明，該智能型檢測控制系統應用于重慶耐德工業集團生產的金屬管浮子流量計后，大大提高了其流量計在實際應用中的檢測精度和穩定性，經濟效益顯著。