00气体流量标准装置的设计及实现.doc

目 录 摘摘 要要 I ABSTRACTABSTRACT II 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 1 气体流量标准装置的发展现状 2 1 2 气体流量标准装置的分类 3 1 3 气体流量标准装置种类介绍 3 1 3 1 PVTt 法气体流量标准装置 3 1 3 2 Mt 法气体流量标准装置 4 1 3 3 皂膜气体流量标准装置 4 1 3 4 钟罩式气体流量标准装置 4 1 3 5 临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置 4 1 4 本论文的任务与内容 4 第第 2 2 章章 装置原理装置原理 6 2 1 临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置原理 6 2 2 临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置组成 7 2 3 临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置特点 8 第第 3 3 章章 装置控制系统设计与实现装置控制系统设计与实现 9 3 1 设计依据及技术指标 9 3 1 1 装置技术方案构成 10 3 1 2 工艺流程简述 10 3 2 控制系统功能 11 3 2 1 控制系统硬件和软件 11 3 2 2 控制系统硬件接口 12 3 2 3 控制系统软件功能 12 3 3 控制系统原理图 13 3 4 真空泵控制柜设计 13 3 4 1 真空泵控制柜设计图 13 3 4 2 真空泵电控柜端子功能图 17 3 5 继电器控制柜设计 18 3 5 1 继电器控制柜设计图 18 3 5 2 继电器电控柜接线图 19 3 6 现场线路设计 20 3 6 1 检定管线 滞止容器 背流管处线路 20 3 6 2 气源处线路 27 3 6 3 柜台间处线路 28 3 6 4 般插引脚定义 29 第第 4 4 章章 装置采集系统设计及数据处理装置采集系统设计及数据处理 31 4 1 采集系统及功能 31 4 2 采集模块及功能 31 4 2 1AD 模块 1 参数及功能描述 33 4 2 1 1AD 模块 1 技术指标 33 4 2 1 2 AD 模块 1 主要功能 33 4 2 2 IO 模块 1 参数及功能描述 35 4 2 2 1 IO 模块 1 技术指标 35 4 2 2 2IO 模块 1 主要功能 35 4 2 3 IO 模块 2 参数及功能描述 37 4 2 3 1IO 模块 2 技术指标 37 4 2 3 2IO 模块 2 主要功能 37 4 2 4 计数模块控制过程 38 4 2 4 1 手动方式 38 4 2 4 2 时间方式 39 4 2 5 AD 模块 1 控制过程 39 4 2 5 1 手动方式 39 4 2 5 2 时间方式 39 4 3 数据处理 39 4 3 1 气体流量标准装置标准器流量计算 39 4 3 2 差压式流量计计算 40 4 3 3 速度式流量计计算 41 4 3 4 容积式流量计计算 43 第第 5 5 章章 装置系统的测试装置系统的测试 46 5 1 系统不确定度分析与评定 46 5 2 测试及试运行 49 5 2 1 气体流量标准装置系统图 49 5 2 2 气体流量标准装置测试 49 结结 论论 51 致致 谢谢 52 参考文献参考文献 53 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 I 摘 要 本文主要介绍了气体流量标准装置的发展现状 分类 原理等 同时重点介绍了以临 界流文丘里喷嘴为标准表的气体流量标准装置的设计 组成 控制 数据采集处理及实 现 临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置是基于上位机为基础 通过对下位机的控制及 数据采集 来实现对流量计计量性能的测试 确保量值传递准确可靠 关键词 控制 数据采集 临界流文丘里喷嘴 标准装置 量值 上位机 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 II Abstract This article mainly introduced the development status quo of gas flow standard device classification principle etc At the same time introduced to critical flow venturi nozzle as a standard table of gas flow standard device design composition control data acquisition processing and implementation Critical flow venturi nozzle gas standard flow standard device is based on the PC as the foundation through to the lower machine control and data acquisition to achieve the performance of the flowmeter measurement test to ensure the dissemination of accurate and reliable Keywords Control data acquisition critical flow venturi nozzle standard unit quantity PC 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 1 页 第 1 章 绪论 流量计量是计量科学的重要组成部分 流量计量与测试技术在各领域得到了广 泛的应用 并推动和支持了国民经济的不断发展 它在贸易结算 能源计量 过程 控制 环境保护 医药卫生等方面的检测起到了主要作用 特别是近年来随着能源 和水资源的全球性匮乏 随着西气东输 南水北调等国家重点工程的启动 全社会 对流量计量的测试技术的要求越来越高 因此 研究和探索满足各种使用条件的流 量测试技术并提高测量准确度就成为流量计量与测试工作者的不懈努力的追求 流量计量应用在各种不同场合和不同条件 流体介质有气体 液体 还有特殊 介质 如两相流 多相流 流体的参数 如粘度 密度 清洁程度 压力 温度 和流动状态 等有较大的差异 流体计量与测试又是动态特性 流体介质又那么复 杂 对流量计量器具 流量标准装置 在结构 原理 工艺 电信号的处理都提出 智能化很高的要求 给流量计量与测试技术留下了无数的技术难题 要流量计量技 术人员去研究 探讨和解决 虽然近年来 流量计量与测试技术有突飞猛进的发展 但离国民经济发展要求 还有较大的距离 我们在测量流量时所选用的流量计 除去要满足使用条件外 还 有考虑很多其它因素 如流量范围 准确度 抗干扰 压力损失 奶腐蚀性 防爆 安全 价格等 因此 为适应不同的介质和环境条件 不同的使用要求 各种流量 仪表就应运而生 应给说 每一种类流量计在市场经济浪潮中都显示出顽强的生命力 但各种流 量计在性能上各有独特之处 需要人们认真地分析其特点 实际上在许多情况下 都没有将流量计使用到它们最适合的场所 导致计量不准 容易损坏等 因此 客 观公正地描述各种流量计特点 引导用户正确地选用流量计是流量计量为测试技术 工作者的神圣职责 保证流量计量仪表的准确一致也是我们的职责 为了保证流量仪表的质量 在 计量系统和各流量计生产企业均建立了不同介质 不同流量范围 不同精度的流量 标准装置 如果说我国液体流量测量手段已基本满足要求的话 气体流量测量装置 还远未解决 流量标准装置的研究 建立 和应用也是流量计与测试技术发展的主 要环节 理所当然的会引起国内外的普遍重视 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 2 页 1 1 气体流量标准装置的发展现状 近年来 国内外建造气体流量标准装置非常活跃 我国也不例外 尤其以接近 现场压力 温度条件下的气体装置更是热门 总的方向都是用原始法和标准表法结 合起来建立的装置 如中国国家原油大流量计量站用 Mt 法和音速文丘里喷嘴建立的 天然气实流计量装置 其最大操作压力为 9 6MPa 工况流量为 12000 m3 h 测量准 确度为 0 25 最大可检定仪表口径 DN400 德国 PTB 建立的大型气体流量标准装置 用 16 只音速文丘里喷嘴作标准 通过并联 5 只喷嘴 可获得流量范围为 50 5500m m3 h 不确定度不超过 0 1 印度流体控制研究所 FCRI 于 1999 年调试完成用 9 只音速喷嘴建立的气体流量标准装置 流量范围为 32 3000 m3 h 不确定度不超过 0 35 美国煤气研究所 GRI 于 1987 年建立的气体流量标 准装置 有低压回路 LLPL 高压回路 HPL 和分配试验站 DTS 这些回 路采用的标准均为临界流文丘里喷嘴 再设置秤作为原始标准以校验临界流文丘里 喷嘴 可检测仪表口径 DN25 DN400 流量范围 70 135000 m3 h 压力 48 9930 kPa 气体温度 7 50 测量介质为空气 氮气和天然气 瑞典 Lund 技术院建立了一种钟罩和秤量装置相结合的气体流量标准装置 不确定度小于 0 17 初期用空气 以后用天然气 巴西 IPT Institute Pesguisas Techoeogicas 巴西科学技术院 建立了 10 只 ISA1932 型喷嘴组成的气体流量标准 装置 压力为 4kPa 流量范围为 1000 50000 m3 h 不确定度为 0 5 0 8 流量计量已发展到精细化的时代 在能源越来越昂贵的今天 任何微小的标准 量值的差异将导致严重的经济利益矛盾 20 世纪 70 年代发生能源危机到现在 人 们都意识到用廉价能源的时代将一去不复返 而世界能源供需体系变得更为不稳定 和不可预测 能源价格的飞涨威胁着蓬勃发展而又十分脆弱的经济体系 天然气和 原油测量计量的准确性成为流量技术人员关注的焦点 在世界范围内 流量计量标 准的正确一致成为研究的最主要课题之一 其主要内容就是确保流量标准装置的量 值准确 用标准表法建立气体流量标准装置格外引人关注 标准表可作为次级标准检定 流量计 也可以作为装置的比对标准 因此得到了广泛的采用 常用的标准表有临 界流文丘里喷嘴 超声波 涡轮流量计 容积式流量计和质量流量计等 我国使用 涡轮 电磁 音速喷嘴等标准表作为流量标准装置已有一段历史 但到现在为止 标准表没有被大家所充分认识 有些问题还要深入细致地研究 以临界流文丘里喷 嘴为标准表的气体流量标准装置以性能稳定 可靠性高 成为未来标准装置技术的 发展趋势 已得到国际上的高度重视 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 3 页 1 2 气体流量标准装置的分类 气体流量标准装置可以分成原始标准和传递标准两大类 目前国际上已经开发 出多种型式的装置 如图 1 1 所示 原始标准有容积法和质量法两类装置 各类装 置有静态法和动态法之分 如容积法中 PVTt 压力 容积 温度 时间 法属于静 态容积法装置 钟罩式 气体体积管 皂膜式等属于动态容积法装置 其中 钟罩 式也可用于静态容积法 质量法中质量时间 Mt 法属于静态质量法 气体流量标准装置按标准器分类 分为质量法 MT 法 体积管法 以流量计 为标准表的标准表法装置和以音速喷嘴为标准表的标准表法装置四种 其中最常用 的是以音速喷嘴为标准表的标准表法气体流量标准装置 对于小流量和燃气表用钟 罩式流量标准装置 方法的选择根据用户的需求 方便用户的使用 本课题研究的 气体流量标准装置是采用音速喷嘴做为标准器 根据流量计不同种类 不同流量范 围而灵活方便选择喷嘴组合 气体流量标准装置 原始标准传递标准 容积法标准质量法标准标记法标准流量计法速度面积法 钟 罩 法 活 塞 法 P V T T 法 皂 膜 法 气 体 体 积 管 水 排 气 法 冷 凝 法 音 速 喷 嘴 式 容 积 式 涡 轮 式 差 压 式 质 量 时 间 法 图 1 1 气体流量标准装置的分类 1 3 气体流量标准装置种类介绍 1 3 1 PVTt 法气体流量标准装置 PVTt 法是利用一个导向阀将检定时间间隔 t 内的被测气体导入一个已知容积 V 的定容罐内 当定容罐内气体处于稳定的平衡状态后 测量其压力 P 和温度 T 从 而复现气体质量流量的一种标准装置 通常用于检定作为传递标准的音速喷嘴 也 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 4 页 可检定其他高精度流量计 系统精度一般可优于 0 1 1 3 2 Mt 法气体流量标准装置 Mt 法是一种通过测量某一时间间隔 t 内储气罐内气体质量 M 的变化来复现气体 质量流量的标准装置 从原理上讲 Mt 法是复现质量流量最直接 也是精确度最高 的方法 因为质量和时间都是基本量 它们的量值可得到最直接的传递 1 3 3 皂膜气体流量标准装置 皂膜气体流量标准装置只能用于校验小流量仪表 属于动态容积法装置 皂膜 管容积有 10 6000 mL 之间多种规格 装置系统精度等级通常为 1 2 级 皂膜气体流量标准装置容积大于 1000mL 的装置 在严格操作的条件下可达到 0 5 级 1 3 4 钟罩式气体流量标准装置 钟罩式气体流量标准装置是检定气体流量传递标准和气体流量仪表的主要设备 之一 在国内外已大量使用 这种装置的工作压力一般小于 10000Pa 最大流量由 钟罩的体积及测试技术决定 目前国内定型产品的钟罩容积有 50 10000 L 之间 多种规格 测量的最大流量可达 45000 m3 h 装置准确度一般优于 0 5 最高可 达 0 2 1 3 5 临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置 临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置是检定气体流量传递标准和气体流量仪表 的主要设备之一 在国内外已大量使用 这种装置的工作压力负压 流量范围由开 关不同的流量喷嘴进行组合决定 目前国内定型产品的流量范围在 1 20000 m3 h之间 装置准确度一般优于 0 5 最高可达0 25 临界流文丘里喷嘴气体 流量标准装置的详细介绍将在下一章中详细说明 1 4 本论文的任务与内容 流量标准装置的主要用途有 作为流量单位量值的统一与传递的标准 确保我 国各地区和各部门的流量量值统一在一个标准量值上 进行流量仪表的型式 性能 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 5 页 实验研究工作 研究参比条件和实际使用条件之间的差异对流量仪表的影响 为研 究测试方法和制定国家标准提供验证 进行国内外量值比对工作及为贸易纠纷提供 仲裁服务等 流量是由质量 长度 时间和温度组成的导出量 所有的原始流量标准装置都 可以溯源到这几个基本量 而不是溯源到一个实体的基准器 以至常因溯源的复杂 性导致各装置给出的量值不准确和不一致 本课题主要任务是研究设计一套高精度的气体流量标准装置 以临界流文丘里 喷嘴为标准表法 采用以上位机为基础 通过对下位机的控制及数据采集 来实现 对流量计计量性能的测试 确保整套装置符合国家标准 量值溯源准确可靠 本文对临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置的设计依据 原理 结构及自动化 控制和数据采集的实现将做详细的介绍 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 6 页 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 7 页 第 2 章 装置原理 临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置 选用符合国际标准 ISO9300 的临界 流文丘利喷嘴作为流量标准 采用标准流量计比较法原理进行流量计检定或测试 依据有关的国家检定规程 该装置可对涡轮 涡街 叶轮 旋进旋涡 分流旋翼超 声波等速度式流量计和腰轮 燃气表等容积式流量表以及质量流量计 差压式流量 计等进行检定和校准 在满足对不同类型流量计进行检定的前提下 该装置要求准确度高 范围度宽 自动化程度高 结构简单轻便等特点 可应用于石油 化工 冶金 电力 城市煤 气等行业中气体流量计的检定或测试 尤其适用于被检流量计类型繁杂 检定工作 面广 量大的计量测试单位和大型工矿企业 以临界流文丘里喷嘴为标准表的气体流量流量标准装置主要用于气体流量仪表 的检测 整套装置设计和制造严格按照国家相关标准和检定规程 它不仅能更好保 证量值传递的准确可靠 而且使用临界流文丘里喷嘴具有长期的稳定性 整套装置的控制采用计算机技术 除人工把被检流量计夹入夹表器后 其它操 作均在计算机上操作完成 上位机采用性能稳定可靠的工业计算机 下位机采用单 片机 性能可靠且自动化程度高 工业计算机完成数据的设置 处理 存储等功能 下位机控制系统完成数据采集 控制与隔离功能 如文丘里喷嘴的选择 气动调节 阀和变频调速器的控制 被检表 压力变送器 温度变送器信号的采集等 检定完 成后 计算机按照规程的要求打印检定数据和检定证书或检定结果通知书 并存储 检定数据 2 1 临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置原理 根据气休动力学原理 当气休通过临界流喷嘴时 在喷嘴上 下游气流压力比 达到某一特定数值的条件下 在喷嘴喉部形成临界流状态 气流达到最大速度 当 地音速 流过喷嘴的气体质量流量也达到最大值 qm 此 qm 只与喷嘴入口处的滞 止压力和温度有关 而不受其下游状态变化的影响 正是应用这原理 采用临界流 文丘里喷嘴作为标准装置的标准表 然后与被检流量计进行比对 得出被检流量计 的误差 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 8 页 图 2 1 音速喷嘴法气体流量标准装置 1 真空泵 2 储气罐 3 汇流管 容器 4 开关阀 5 音速文丘利喷嘴 6 滞止容器温度 计 7 滞止容器压力计 8 滞止容器 9 开关阀 10 被检表后温度计 11 被检流量计 12 被检表前压力计 图 2 1 所示 用真空泵 1 将空气由被检表的上游直管段入口吸入 经过被检表前 直管段 被检表 11 和被检表下游直管段进入滞止容器 8 在滞止容器的下游 有一 组音速喷嘴 5 控制音速喷嘴下游的开关阀门 4 可以任意选择所要开关的音速喷嘴 以达到改变被检表流量的目的 滞止容器需要测温 6 测压 7 代入公式计算可以得 到通过音速喷嘴的质量流量 亦即通过被检表处的质量流量 通过测量被检表处的 温度 10 和压力 12 可以计算出空气密度 进而得到标准体积流量 开关阀 9 用以 切换被检管线 真空泵的能力应满足下列两个条件 第一 真空泵所提供的流量应 大于被检流量计的最大流量 第二 在测量过程中 真空泵所提供的真空度应满足 音速喷嘴的临界压力比 2 2 临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置组成 装置主要由四部分组成 气体形成与稳定部分 水环式真空泵组 稳压系统 选择阀门 变频调速系统 标准器部分 音速喷嘴组 选择开关阀门 试验管路 部分 流量调节系统 检定台位 试验管路 阀门和动力气线 自动控制系统 装 置的流程达到计量准确 科学严谨 自动化程度高 性能稳定 使整套装置故障率 低 使用寿命长 易维护 装置的控制系统是其中的一个重要组成部分 检定使用的软件是自主开发的 操作方便快捷 性能稳定 人机界面友好 适合各种不同程度的操作人员使用 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 9 页 2 3 临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置特点 采用临界流文丘利喷嘴作为标准表 具有结构简单 性能可靠 准确度高 稳 定性好 维护方便 使用寿命及检定周期长等优点 装置采用多个喷嘴并联组合 每一个喷嘴均由国家法定计量检定部门检定 每个喷嘴相当于高精度的气体流量给 定器 利用流量的叠加 满足对不同流量范围的被检表进行标定 准确度高 重复 性好 大大提高了装置的整体可靠性和量值溯源性 装置采用负压法标定 利用常 压下的洁净空气作为检定介质 整个系统具有结构简单 气源稳定 使用安全方便 装置操作和控制部分采用上下位机结构形式 上位机为普通的工控机 用来储 存各种数据并实现人机对话 下位机采用高性能的单片机 用来采集各种状态参数 并对装置进行控制 装置的软件操作系统采用执行效率极高的 Delphi 开发系统编制 的可运行于 Windows XP Windows NT 等操作环境的应用软件 采用工控界面 具有 画面清晰美观 形象深动 操作简便灵活 装置各部件的工作状态和各测控点的数 据一目了然等特点 检定方法具有自动工作方式和手动工作方式二种 更广泛的适 应被检表 执行自动工作方式时 自动化程度高 自动分辨检定状态的正确与否 确定流量点 自动完成检定全过程 并存储检定结果 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 10 页 第 3 章 装置控制系统设计与实现 以临界流文丘里喷嘴为标准表的气体流量流量标准装置主要用于气体流量仪表 的检测和标定 本气体流量标准装置是采用临界流文丘里喷嘴做为标准器 根据流 量计不同种类 不同流量范围而灵活方便选择喷嘴组合 整套装置设计和制造严格按照国家相关标准和检定规程 它不仅能更好保证量 值传递的准确可靠 而且使用音速喷嘴具有长期的稳定性 本套装置可对气体质量 流量计 速度式流量计 容积式流量计以及大口径燃气表等流量计分别依据国家相 关检定规程进行检定 整套装置的控制采用计算机技术 除人工把被检流量计夹入夹表器后 其它操 作均在计算机上操作完成 3 1 设计依据及技术指标 临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置是采用临界流文丘里喷嘴作为标准表的负 压法气体流量标准装置 是依据 JJG 643 2003 标准表法流量标准装置检定规程 JJG620 2008 临界流文丘里喷嘴检定规程 JJG633 2005 气体容积式流量计检定 规程 JJG1037 2008 涡轮流量计检定规程 JJG1029 2007 涡街流量计检定规 程 JJG1030 2007 超声流量计检定规程 JJG640 1994 差压式流量计检定规程 JJG198 1994 速度式流量计检定规程 等进行设计 加工 制造 安装 装置中 的临界流文丘里喷嘴是根据 ISO9300 2005 E 用临界流文丘利喷嘴测量气体流量 的要求进行设计 制造并由法定计量部门检定 用该装置可完成口径为 DN15 DN300 的容积式 速度式等各种形式的气体流量计的检定和测试 本套装置的设计技术指标 装置扩展不确定度 0 25 2 流量稳定度 0 2 音速喷嘴不确定度 优于 0 15 压力变送器准确度 0 075 温度变送器准确度 0 1 流量范围 1 5000 m3 h 可测流量计通径 DN15 DN300 口径的各种气体流量计 可检定流量计类型 容积式流量计 含膜式燃气表 速度式流量计 分流 旋翼式流量计 质量流量计 差压式流量计等 装置自动化程度 除检定前的准备工作如人工夹表外 其余检测工作均在计 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 11 页 算机上操作完成 使用气源 单相稳定的大气 供气方式 负压法 使用环境 大气压力 86 106kPa 环境温度 0 50 相对湿度 40 80 供电电源 AC 3 380V 50Hz 最大功耗 240 KVA 装置材质 装置主体采用 304 不锈钢等材料制造 3 1 1 装置技术方案构成 1 气源部分 它用于产生气体负压流动 该部分由真空泵 阀门组 缓冲容 器组成 另外还有给真空泵的供水排水系统为避免噪声与振动 真空泵组与缓冲容 器安装在试验室外 2 音速喷嘴组计量核心部份 该部份有 14 只标准流量计 临界流文丘利喷嘴 滞止容器 背压容器 选 择喷嘴的 14 套双阀门组件 为了进行准确计算 喷嘴前后设有高精度的压力变送器 温度变送器 提供喷嘴前滞止压力和滞止温度以及喷嘴后的背压值 3 被检流量计及管路系统 该部分包括 4 条检定管线台位 第一条为 DN300 含 DN250 第二条为 DN200 含 DN125 第三条为 DN100 含 DN80 DN65 第四条为 DN50 含 DN40 DN32 DN25 DN20 DN15 管线按前 25D 后 15D 设计 被检流量仪表夹表平台 其中有气动夹具 蜗轮蜗杆升降校验平台等 被检表 处前后留有取压孔配有温度压力传感器 被检信号输出接线盒 被检表信号有 脉冲输出 被检表电源 地线 模拟量 信号和开关量信号 确保试验室内噪声不高于 45 分贝 4 气路系统 该系统由空压机为气源 提供装置夹被检表气源和气动阀门气源 5 数据采集与处理系统 3 1 2 工艺流程简述 由变频器控制并启动真空泵 给自控系统输入被检流量计流量点 以及其它 大气参数 这时 自控系统自动选择喷嘴 从喷嘴前后的压力比判断喷嘴是否处于 临界状态 当达到临界状态时 系统开始全自动检测 气体流向 稳定的大气在真 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 12 页 空泵的作用下 流向检定台位的前直管段 被检表 后直管段 并联音速喷嘴组 缓冲容器到真空泵的排气口排出 系统为吸气工作方式 负压模式 系统图如图 3 1 所示 V 207 V 206 V 205 Z 1 I 104 I 105 I 106 I 107 V 104 V 105 V 106 V 107 TI Dg50 Dg25 Dg25 Dg25 Dg50 Dg25 V 204 负压法气体流量标准装置原理图 音速喷嘴部分 I 103 V 103 V 203 I 102 V 102 V 202 I 101 V 101 Dg50 V 201 V 13 PI PI TI T3 P2 T1 Q03 TI PI P1 T2 V 211 V 210 V 209 I 108 I 109 I 110 I 111 V 108 V 109 V110 V 111 Dg25 V 208 Dg100 V 212 I 112 V 112 被检表部分 V 11 PI TI T1 Q01 气动伸缩器 T5 TI PI P3 T3 图例 V 229 V 230 I 38 V 231 P TI PI 手动球阀 电动球阀 气动球阀 音速喷嘴 压力表 温度变送器 压力变送器 虚线框表示与 实线互换使用 DN50 兼容DN40 32 25 20 15 V 12 PI TI T2 Q02 DN100 兼容DN80 65 V 14 PI TI T4 Q04 E 41 E 42 E 43 V 41 V 42 V 43 V 213 I 113V 113 Dg80 DN300 兼容DN250 350 400 E 40 V 40 Dg100 Dg80 Dg100 E 1 计算机 打印机控制柜 控制系统 DN200 兼容DN125 150 V 214 I 114V 114 Dg100 图 3 1 临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置系统图 同时在自控系统的控制下 气路系统自动打开所需的喷嘴阀门 装置占地面积200平方米 装置最高为4米 考虑到尽可能减小和避免噪声和 振动 真空泵出口经地沟或室外通道形成或回流 并配冷却 过滤 消声设施 每 条试验管的入口还应配消声器 泵房配消声隔音板 3 2 控制系统功能 3 2 1 控制系统硬件和软件 控制系统的硬件组成 控制系统由上位机和下位机组成 上位机采用 工控机 下位机采用单片机和IO AD模块及隔离模块组成 控制系统的软件组成 基于 WINDOWS XP的中文操作平台 使用组态王 6 2平台 软件 由自主研发的检定专用软件完成流量仪表的自动化检定 控制系统的功能 对于本装置中电 气 动阀门 泵 包括软启动 进行自动 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 13 页 控制 当由人工把被检定流量计装入后 各项检定可以自动进行 可以自动控制气泵 阀门动作 控制和调节流量 自动打印检定结果 保存检 定数据 在检定中可以选择单点 多点进行检定 该自动控制系统具有半自动检 定功能 人工设定检定点 检定数据由数据库管理 检定根据需要可以随时查询 显示 打印 删除 操作系统全部用中文动态方式汉字提示 动态显示工艺流程 各种原始数据和运算结果被检流量 喷嘴开启的个数 时间 介质压力 介质温度 显示在屏幕上供检定员观察 仪表柜 仪表柜防水 喷塑处理 其中放置各种隔离模块 专用模块 操作 台上放置工控机 打印机 气控管路 夹表器用压缩空气控制 压力 0 4Mpa 由于气泵是高压气源 需 要装设减压器一个 压力由 0 8Mpa减到0 4Mpa 导气管DN6 3 2 2 控制系统硬件接口 1 脉冲输入口 6路 频率范围 0 10KHz 脉冲幅度 3 24V 占空比 大 于1 5 用于标准表与被检流量仪表信号输入 2 模拟信号输入口 8路 4 20 mA或 1 5 V 主要用于被检流量仪表 的信号接收和变送器的信号接收 3 开关信号输入接口 16路 主要用于信号反馈接收 4 模拟信号输出接口 4路 4 20 mA输出 主要用于调节阀 变频器控制 5 开关信号输出接口 32路 主要用于管路选择信号切换 临界流文丘里 喷嘴选择控制等 6 直流电源输出接口 24V与12V切换输出 主要用于被检流量仪表的电源 供给 7 交流电源输出插口 220VAC 主要用于系统维护时的电源供给 3 2 3 控制系统软件功能 1 具有实时显示动态画面的功能 包括实时显示当前已经选择的检定管线 当前的温度 压力 瞬时流量 已选择的喷嘴组合 被检流量计的脉冲或电流值 其它应提供给操作人员观察的有用信息 2 具有对所使用的有关仪表和变送器的量程设置的功能 点击设置按钮 可 以对系统使用的温度 压力变送器的量程进行设置 也可对系统使用的其它需要设 置的仪表 包括喷嘴参数 和设备进行设置 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 14 页 3 具有对系统正在检定的流量仪表的有关信息输入的功能 包括输入送检单 位 仪表类型 编号 检定员等需要输入的有用信息 4 具有对当前操作的检定管线选择的功能 进入检定设置就可以在键盘上点 击需要使用的管线 被检表类型 检定操作的检定点数 每点次数 被检表的供电 电压等 5 具有对当前检定结果进行实时查询的功能 对于每个检定点可以确认 也 可以放弃 检定结束后可以选择存档 也可以选择放弃 6 具有对历史检定结果进行查询的功能 根据检定的历史编号 可以对已经 检定存档的历史记录进行查询 7 可以根据被检表的需要 选择按时间段控制检定点 也可以选择按标准表 的脉冲数控制检定点 3 3 控制系统原理图 温度压力 变送器信号 模拟信号 4 20mA 脉冲信号 控制信号 温度压力 信号调理 模拟信号 调理 光电信号 调理 信号 隔离 A D转换 D A转换 I O信号 隔离 显示器 打印机 计算机 232 接口 电源供给 I O模块 计数器 调节信号 图 3 2 控制系统原理图 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 15 页 3 4 真空泵控制柜设计 3 4 1 真空泵控制柜设计图 图 3 3 主电路图 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 16 页 图 3 4 控制电路图 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 17 页 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 18 页 图 3 5 真空泵控制柜设计图 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 19 页 3 4 2 真空泵电控柜端子功能图 图 3 6 真空泵电控柜接线端子图 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 20 页 3 5 继电器控制柜设计 3 5 1 继电器控制柜设计图 图 3 7 继电器控制柜设计图 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 21 页 3 5 2 继电器电控柜接线图 图 3 8 继电器控制柜接线图 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 22 页 3 6 现场线路设计 3 6 1 检定管线 滞止容器 背流管处线路 表 3 1 检定管线 滞止容器 背流管处线路表 标号标号 线线 型型 线色线色线号线号类型类型对象对象方向方向备注备注 兰 T2001 红 T2002 绿 T2003 PT1000 检线 DN200 处温变 T2001 与 T2003 是通 的 黄 1AD0 AD 输 入 检线 DN200 处被检表 白 HART J PB1 RVVP 6 0 5 黑 HART HART 总线 检线 DN200 处 HART 总线 接压变 从 DN200 检线被 检表接 线盒至 分线盒 处 兰 T3001 红 T3002 绿 T3003 PT1000 检线 DN300 处温变 T3001 与 T3003 是通 的 黄 1AD0 AD 输 入 检线 DN300 处被检表 白 HART J PB2 RVVP 6 0 5 黑 HART HART 总线 检线 DN300 处 HART 总线 从 DN300 检线被 检表接 线盒至 分线盒 处 兰 T1001 红 T1002 绿 T1003 PT1000 检线 DN100 处温变 T1001 与 T1003 是通 的 黄 1AD0 AD 输 入 检线 DN100 处被检表 白 HART J PB3 RVVP 6 0 5 黑 HART HART 总线 检线 DN100 处 HART 总线 从 DN100 检线被 检表接 线盒至 分线盒 处 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 23 页 兰 T501 红 T502 绿 T503 PT1000 检线 DN50 处 温变 T501 与 T503 是通 的 黄 1AD0 AD 输 入 检线 DN50 处 被检表 白 HART J PB4 RVVP 6 0 5 黑 HART HART 总线 检线 DN50 处 HART 总线 从 DN50 检线被 检表接 线盒至 分线盒 处 兰 MC 脉冲输 入 检线 DN200 处被检表 红 24V7 电源 检线 DN200 处变送器电 源 黄 BJDY 电源 检线 DN200 处被检表电 源 绿 SXDY 白 SXDY 电源 检线 DN200 处摄像头电 源 J PB5 RVVP 6 0 5 黑 GND 电源 检线 DN200 处电源地 从 DN200 检线被 检表接 线盒至 分线盒 处 兰 MC 脉冲输 入 检线 DN300 处被检表 红 24V7 电源 检线 DN300 处变送器电 源 黄 BJDY 电源 检线 DN300 处被检表电 源 绿 SXDY 白 SXDY 电源 检线 DN300 处摄像头电 源 J PB6 RVVP 6 0 5 黑 GND 电源 检线 DN300 处电源地 从 DN300 检线被 检表接 线盒至 分线盒 处 兰 MC 脉冲输 入 检线 DN100 处被检表 J PB7 RVVP 6 0 5 红 24V7 电源 检线 DN100 处变送器电 从 DN100 检线被 检表接 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 24 页 源 黄 BJDY 电源 检线 DN100 处被检表电 源 绿 SXDY 白 SXDY 电源 检线 DN100 处摄像头电 源 黑 GND 电源 检线 DN100 处电源地 线盒至 分线盒 处 兰 MC 脉冲输 入 检线 DN50 处 被检表 红 24V7 电源 检线 DN50 处 变送器电源 黄 BJDY 电源 检线 DN50 处 被检表电源 绿 SXDY 白 SXDY 电源 检线 DN50 处 摄像头电源 J PB8 RVVP 6 0 5 黑 GND 电源 检线 DN50 处 电源地 从 DN50 检线被 检表接 线盒至 分线盒 处 兰 TZ11 红 TZ12 J PB91 RVVP 3 0 5 黄 TZ13 PT1000 滞止容器温 变 1 TZ11 与 TZ13 是通 的 兰 TZ21 红 TZ22 J PB92 RVVP 3 0 5 黄 TZ23 PT1000 滞止容器温 变 2 TZ21 与 TZ23 是通 的 兰 TZ31 红 TZ32 J PB93 RVVP 3 0 5 黄 TZ33 PT1000 滞止容器温 变 3 TZ31 与 TZ33 是通 的 兰 TZ41 红 TZ42 J PB94 RVVP 3 0 5 黄 TZ43 PT1000 滞止容器温 变 4 TZ41 与 TZ43 是通 的 J PB95RVVP 3 0 5 兰 HART 滞止容器压 变 HART 总 滞止容 器 背 流管变 送器至 分线盒 处 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 25 页 红 黄 HART 线 SP1 视频 检线 DN200 视频线 从 DN200 检线被 检表接 线盒至 分线盒 处 SP2 视频 检线 DN300 视频线 从 DN300 检线被 检表接 线盒至 分线盒 处 SP3 视频 检线 DN100 视频线 从 DN100 检线被 检表接 线盒至 分线盒 处 SP4 视频 检线 DN50 视 频线 从 DN50 检线被 检表接 线盒至 分线盒 处 SP 视频视频线 从滞止 容器分 线盒处 至检定 室 兰 1AD0 AD 输 入 检线处被检 表 红备用 黄 T501 绿 T502 白 T503 PT1000 检线 DN50 处 温变 T501 与 T503 是通 的 J PB10 RVVP 6 0 5 黑 MC 脉冲检线 DN200 从滞止 容器分 线盒处 至检定 室 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 26 页 处被检表 兰 1AD12 检线 DN50 处 压变 红 1AD13 检线 DN100 处压变 黄 1AD14 检线 DN200 处压变 绿 1AD15 AD 输 入 检线 DN300 处压变 白 HART J PB11 RVVP 6 0 5 黑 HART HART 总线 HART 总线 从滞止 容器分 线盒处 至检定 室 兰 1AD5 AD 输 入 滞止容器压 变 红备用 黄备用 绿 T1001 白 T1002 J PB12 RVVP 6 0 5 黑 T1003 PT1000 检线 DN100 处温变 从滞止 容器分 线盒处 至检定 室 T1001 与 T1003 是通 的 兰 红 24V7 电源 检线处变送 器电源 黄 BJDY 电源 检线处被检 表电源 绿 SXDY 白 SXDY 电源 检线处摄像 头电源 J PB13 RVVP 6 0 5 黑 GND 电源 检线处电源 地 从滞止 容器分 线盒处 至检定 室 兰 1AD6 AD 输 入 背流管压变 红 24V7 J PB14 RVVP 3 0 5 黄 GND 电源 背流管压变 电源 从背流 管至分 线盒 兰 1AD7 AD 输 入 背流管温变 红 24V7 J PB15 RVVP 3 0 5 黄 电源 背流管温变 电源 从背流 管至分 线盒 BY1RVVP 兰备用从检定 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 27 页 红备用 黄备用 绿备用 白备用 6 0 5 黑备用 管线分 线盒至 检定室 兰 2I02 喷嘴 1 处阀 反馈 至现 场 红 2I03 喷嘴 2 处阀 反馈 至现 场 黄 2I04 喷嘴 3 处阀 反馈 至现 场 绿 2I05 喷嘴 4 处阀 反馈 至现 场 白 2I06 喷嘴 5 处阀 反馈 至现 场 J PB16 RVVP 6 0 5 黑 2I07 喷嘴 6 处阀 反馈 至现 场 从背流 管分线 盒处至 检定室 兰 2I10 喷嘴 7 处阀 反馈 至现 场 红 2I11 喷嘴 8 处阀 反馈 至现 场 黄 2I12 喷嘴 9 处阀 反馈 至现 场 绿 2I13 喷嘴 10 处阀 反馈 至现 场 白 2I14 喷嘴 11 处阀 反馈 至现 场 J PB17 RVVP 6 0 5 黑 2I15 喷嘴 12 处阀 反馈 至现 场 从背流 管分线 盒处至 检定室 J PB18 RVVP 6 0 5 兰 2I16 喷嘴 13 处阀 反馈 至现 从背流 管分线 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 28 页 场 红 2I17 喷嘴 14 处阀 反馈 至现 场 黄 绿 白 黑 GND 反馈地 盒处至 检定室 兰 PZF1 喷嘴 1 处阀 控制 红 PZF2 喷嘴 2 处阀 控制 黄 PZF3 喷嘴 3 处阀 控制 绿 PZF4 喷嘴 4 处阀 控制 白 PZF5 喷嘴 5 处阀 控制 J PB19 RVVP 6 0 5 黑 PZF6 喷嘴 6 处阀 控制 从背流 管分线 盒处至 检定室 兰 PZF7 喷嘴 7 处阀 控制 红 PZF8 喷嘴 8 处阀 控制 黄 PZF9 喷嘴 9 处阀 控制 绿 PZF10 喷嘴 10 处阀 控制 白 PZF11 喷嘴 11 处阀 控制 J PB20 RVVP 6 0 5 黑 PZF12 喷嘴 12 处阀 控制 从背流 管分线 盒处至 检定室 兰 PZF13 喷嘴 13 处阀 控制 红 PZF14 喷嘴 14 处阀 控制 黄 绿 白 J PB21 RVVP 6 0 5 黑 GN9 控制地 从背流 管分线 盒处至 检定室 兰 1AD6 AD 输 入 背流管压变 J PB22 RVVP 6 0 5 黑 GND 电源变送器电源 从背流 管分线 盒处至 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 29 页 红 24V7 黄 1AD7 白 24V7 绿 背流管温变 检定室 兰 TZ11 红 TZ12 黄 TZ13 PT1000 滞止容器温 变 1 TZ11 与 TZ13 是通 的 绿 TZ21 白 TZ22 J PB23 RVVP 6 0 5 黑 TZ23 PT1000 滞止容器温 变 2 从背流 管分线 盒处至 检定室 TZ21 与 TZ23 是通 的 兰 TZ31 红 TZ32 J PB24 RVVP 3 0 5 黄 TZ33 PT1000 滞止容器温 变 3 从背流 管至分 线盒 TZ31 与 TZ33 是通 的 兰 TZ41 红 TZ42 J PB25 RVVP 3 0 5 黄 TZ43 PT1000 滞止容器温 变 4 从背流 管至分 线盒 TZ41 与 TZ43 是通 的 3 6 2 气源处线路 表 3 2 气源处线路表 标号标号线型线型 线线 色色 线线 号号 信号类信号类 型型 对象对象方向方向备注备注 兰 ZKF1 控制 DC24V 18 5KW 真 空泵处阀 红 GN9 控制地备用 黄 3I00 反馈信号阀关信号 Q PB1 RVVP 4 0 5 绿 GND 反馈地 从 18 5KW 真空阀处 至控制室 备用 兰 ZKF2 控制 DC24V 55KW 真空 泵处阀 红 GN9 控制地备用 黄 3I01 反馈信号阀关信号 Q PB2 RVVP 4 0 5 绿 GND 反馈地 从 55KW 真 空阀处至 控制室 备用 西南交通大学网络教育毕业设计 论文 第 30 页 兰 ZKF3 控制 DC24V 75KW 真空 泵 1 处阀 红 GN9 控制地备用 黄 3I02 反馈信号阀关信号 Q PB3 RVVP 4 0 5 绿 GND 反馈地 从 75KW 真 空阀 1 处 至控制室 备用 兰 ZKF4 控制 DC24V 75KW 真空 泵 2 处阀 红 GN9 控制地备用 黄 3I03 反馈信号阀关信号 Q PB4 RVVP 4 0 5 绿 GND 反馈地 从 75KW 真 空阀 2 处 至控制室 备用 兰 BJS1 控制 DC24V 18 5KW 真 空泵处进水 阀 红 GN9 控制地备用 黄 3I04 反馈信号阀关信号 Q PB5 RVVP 4 0 5 绿 GND 反馈地 从 18 5KW 真空进水 阀处至控 制室 备用 兰 BJS2 控制 DC24V 55KW 真空 泵处进水阀 红 GN9 控制地备用 黄 3I05 反馈信号阀关信号 Q PB6 RVVP 4 0 5 绿 GND 反馈地 从 55KW 真 空进水阀 处至控制 室 备用 兰 BJS3 控制 DC24V 75KW 真空 泵 1 处进水 阀 红 GN9 控制地备用 黄 3I06 反馈信号阀关信