摘要：介紹靜態(tài)容積法水表檢定裝置自動(dòng)控制原理，用差壓變送器測工作量器液位，可編程控制器PLC作為檢測和控制設(shè)備，組態(tài)軟件和計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作過程管理、數(shù)據(jù)計(jì)算和處理，最終自動(dòng)形成檢定結(jié)果，并打印檢定結(jié)果。
關(guān) 鍵 詞: 水表 檢定裝置 PLC 組態(tài)王軟件
1 引言
基于臺(tái)達(dá)PLC技術(shù)的靜態(tài)容積法水表檢定裝置可以檢定磁電水表(帶遠(yuǎn)傳)和普通水表。自動(dòng)檢定裝置通過友好的監(jiān)控界面，形象逼真的模擬現(xiàn)場設(shè)備布局和動(dòng)態(tài)工作情況。裝置具有參數(shù)設(shè)置和修改功能。裝置實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)并進(jìn)行及時(shí)處理、動(dòng)態(tài)顯示。同時(shí)將采集到的各種數(shù)據(jù)保存到特定的歷史數(shù)據(jù)庫中，并自動(dòng)填寫檢定數(shù)據(jù)表格并打印檢定結(jié)果。
2 設(shè)計(jì)條件
2.1 法定設(shè)計(jì)依據(jù)
本項(xiàng)目根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程“JJG164-2000”《液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程》，“JJG634-94”《標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程》，“JJG162-94”，《水表及其試驗(yàn)裝置檢定規(guī)程》設(shè)計(jì)和制造而成。
2.2 檢定裝置結(jié)構(gòu)
工作量器結(jié)構(gòu)如圖1所示。工作量器分別為:10 L、20 L、100 L、300 L四種規(guī)格，可分別檢定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)容積的流量儀表。
圖1 工作量器結(jié)構(gòu)圖
2.3 換算關(guān)系
（1）標(biāo)準(zhǔn)工作量器的容積、標(biāo)尺值、計(jì)量頸每毫米容積值關(guān)系，參見表1所示。
（2）工作量器在實(shí)際工作中標(biāo)準(zhǔn)容積的換算公式：
V實(shí) = V標(biāo)+（L實(shí)-L標(biāo)）*α
其中：
V實(shí)：檢定時(shí)經(jīng)水表注入工作量器的實(shí)際水量。
V標(biāo)：工作量器的標(biāo)準(zhǔn)值。
L實(shí)：計(jì)量頸的實(shí)際值。
L標(biāo)：工作量器標(biāo)準(zhǔn)容積下的計(jì)量頸示值。
α： 計(jì)量頸計(jì)量頸每毫米容積值。
（3）示值誤差公式［3］
其中：
δ：基本誤差。
V示：檢定時(shí)水表記錄的水量。
V實(shí)：檢定時(shí)經(jīng)水表注入工作量器的實(shí)際水量。
3 裝置原理設(shè)計(jì)
3.1 裝置原理
系統(tǒng)框圖如圖2所示。把水表水平地安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，用水表允許的公稱流量通水，排除水表和出水管中的空氣，同時(shí)使水表指針平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間。然后把水流量調(diào)節(jié)到規(guī)定的流量值，將工作量器的水放到零位或某一分度線，啟動(dòng)換向器電磁閥和相應(yīng)的測量控制電磁閥，于水表指線同步，切換水流使其注入工作量器，記錄水表的起始值。當(dāng)水表指針達(dá)到預(yù)先規(guī)定的分度時(shí)，再切換水流，待工作量器的水位靜止后讀數(shù)，水表運(yùn)行水量和工作量器的實(shí)際水量采集到計(jì)算機(jī)里，此時(shí)，計(jì)算機(jī)將采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理，得到相應(yīng)點(diǎn)的基本誤差，依次進(jìn)行其它檢定點(diǎn)的檢定。當(dāng)所有的檢定點(diǎn)檢定完畢，計(jì)算機(jī)將最終的檢定結(jié)果進(jìn)行處理，并進(jìn)行打印檢定結(jié)果。
圖2 系統(tǒng)工作原理框圖
3.2差壓變送器水位測量電路
電路圖如圖3所示。差壓變送器采用橫河川儀有限公司生產(chǎn)的EJA110型，它是高精度(±0.075%、連續(xù)工作五年不需調(diào)校、溫度和靜壓影響忽略不計(jì))兩線制差壓變送器，作用是將工作量器的水位信號(hào)變成4～20mADC電流信號(hào),這個(gè)電流信號(hào)與DFP-1100M型配電器連接，配電器一方面為現(xiàn)場安裝的兩線制EJA110型差壓變送器提供一個(gè)隔離的電源，同時(shí)又將兩線制變送器送來的4～20mADC信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之隔離的1～5VDC信號(hào),這個(gè)1～5VDC電壓信號(hào)給可編程控制器，作為自動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
圖3 差壓變送器、配電器接線圖
4 PLC監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
可編程控制器（PLC）主機(jī)選用臺(tái)達(dá)DVP-ES/EX/SS系列可編程序控制器DVP14SS11R2。電源電壓：24VDC；輸入點(diǎn)數(shù)：8點(diǎn)；輸出點(diǎn)數(shù)：6點(diǎn)；輸出形式：繼電器。模擬輸入模塊選用臺(tái)達(dá)DVP-04AD型。模擬輸入范圍±10V，數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍±2000，解析度12bit。［2］輸入、輸出口及存儲(chǔ)單元分配見表2所示。CPU模塊電路設(shè)計(jì)如圖4所示，擴(kuò)展模塊電路圖5所示，程序框圖如圖6所示。
圖4 可編程序控制器DVP14SS11R2接線圖
圖5 可編程序控制器DVP-04AD接線
圖6 程序框圖
5 自動(dòng)檢定裝置組態(tài)
5.1 組態(tài)王軟件
組態(tài)軟件選用北京亞控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王軟件6.51。它是運(yùn)行在WindowsNT/2000/XP中文操作系統(tǒng)上的商品化工業(yè)測控組態(tài)軟件，具有完善的圖形界面生成功能，可以形象逼真的描繪工業(yè)現(xiàn)場。提供了功能齊全的控件和控件函數(shù)以及多種I/O驅(qū)動(dòng)程序。
5.2 組態(tài)王通信參數(shù)和設(shè)備配置
（1）通信參數(shù)： 波特率：9600；數(shù)據(jù)位：7；奇偶效驗(yàn)：偶效驗(yàn)；停止位：1；通信超時(shí)：3000毫秒；通信方式：RS232。
（2）設(shè)備配置：設(shè)備生產(chǎn)廠家：巨騰anco；設(shè)備名稱：delta；設(shè)備邏輯名稱：PLC；設(shè)備地址：1；通信方式：串口（COM1）。
5.3 PLC組態(tài)鏈接變量
組態(tài)王變量與可編程控制器寄存器對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)應(yīng)關(guān)系見表3所示。
表3 組態(tài)王的變量與可編程控制器寄存器對(duì)應(yīng)關(guān)系
5.4 界面設(shè)計(jì)
（1）檢定裝置啟動(dòng)及標(biāo)準(zhǔn)值、實(shí)際值界面如圖7所示。量器標(biāo)準(zhǔn)容積、標(biāo)準(zhǔn)容積標(biāo)尺、實(shí)際容積標(biāo)尺、毫米當(dāng)量、實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)容積、被檢表頻率、被檢表瞬時(shí)流量、控制液位、頻率累積、電流累積、工作時(shí)間為模擬值輸入連接；頻率系數(shù)、電流系數(shù)、液位設(shè)定為模擬值輸入輸出連接。
圖7 檢定裝置啟動(dòng)及標(biāo)準(zhǔn)值、實(shí)際值界面
“實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)容積計(jì)算”、“大罐啟動(dòng)”、“小罐啟動(dòng)”、“停止”、“總清零”按鈕為彈起時(shí)命令語言連接，限于篇幅限制具體命令語言略寫。
（2）檢定點(diǎn)選擇界面如圖8所示。用一個(gè)單選按鈕控件來實(shí)現(xiàn)檢定點(diǎn)的選擇［1］。控件名稱：檢定點(diǎn)選擇；變量名稱：檢定次數(shù)；標(biāo)題數(shù)據(jù)：公稱流量、分界流量、最小流量。
圖8 檢定點(diǎn)選擇界面
限于篇幅“頻率數(shù)據(jù)填表”、“電流數(shù)據(jù)填表”按鈕為彈起時(shí)命令語言連接略。
（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印界面如圖9所示。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印用列表式組合框控件和一些按鈕來實(shí)現(xiàn)［1］。列表式組合框控件，控件名稱：列表框；變量名稱：檢定記錄次數(shù)。
圖9 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、打印選擇界面
限于篇幅“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”、“數(shù)據(jù)讀取”、“增加”、“清除”、“打印設(shè)置”、“打印預(yù)覽”按鈕為彈起時(shí)命令語言連接。具體命令語言略。
6 結(jié)束語
靜態(tài)容積法水表自動(dòng)檢定裝置，采用先進(jìn)的可編程控制器和組態(tài)軟件技術(shù)，杜絕人工操作造誤差，大大提高了水表檢定的效率和準(zhǔn)確性。通過在遼河油田興隆臺(tái)采油使用，取得了較好的效果。
參考文獻(xiàn)
［1］北京亞控科技發(fā)展有限公司. 組態(tài)王Version6.51使用手冊(cè)［M］，2005.
［2］中達(dá)電通股份有限公司. DVP可編程序控制器使用手冊(cè)［M］，2006.
［3］浙江省計(jì)量檢定所.水表及其試驗(yàn)裝置檢定規(guī)程JJG162-94,1985：14.
［4］張?zhí)┴S.水表及其檢定.北京：中國計(jì)量出版社，1990：155.
作者簡介
周 兵（1964-）男 副教授 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域教學(xué)與應(yīng)用工程
張宏魁（1963-）男 工程師 自動(dòng)化儀表檢定工程
