流速仪检测设备控制系统的设计思路.docx

1、流速仪检测设备控制系统的设计思路赵造申（河北省水文水资源勘测局，河北石家庄05003D摘要：流速仪检测设备控制系统是利用变颇调速、数字编码等技术，检测数据自动采集、计算、存贮和全自动控制一体化系统.介绍了在水文仪器检测技制设备应用工控机和PLC技术的一些体会，并对流速仪信号采集的问题作了说明.该系统的应用可在有限的检测距离内，实现检测率在0.01-6.00m/s速度范围内连续可调，并且运行穗定，为保证流速仪器的检测质量和提高效率提供一个完善的方案，是流速仪检测设备利用新技术、新设备控制的新一代作业平台.关键词：流速仪检测；检测设备；自动控制；变颇技术中图分类号：P335文献标识码：B文章编号：

2、1674-9405（2010）02-0051-04收稿日期：2010-03-10作者简介：赵造申（1956-）,男.河北石家庄人，高级工程郎.从事水文监测仪器自动控制和水文仪器检测作.0前言流速仪检测设备，是目前各水文仪器检测机构不可缺少的重要设备之一。随着计算机和电子技术的不断发展，各水文仪器检测部门近儿年都对该设备进行了技术改造。因各地的实际情况不同，改造的技术难点也不尽相同。检测设备的运行速度稳定与否，直接关系到流速仪的检测质段。下而介绍河北省水文水资源勘测局“流速仪检测/校准车控制系统”的设计思路，供同行参考。1 控制系统设计思路1控制系统1. 1.1技术特点检定车采用推进式其电力控制

3、系统采用交流变频调速控制技术，采用有级（即低速和高速2级）或无级变速的方式。制动方式采用电动机自动能耗制动，正常情况下由手动控制开关实现，非正常情况下则由撞压式行程开关实现。调速范围为0.016.00m/s,在此范围内检定车速度连续可调。有级变速通过变速器和变速器中的电磁离合器等装置来实现。调速方式采用外部设定和计算机程序设定2种方式。1. 1.2，性能（1）具有很强的加速能力和很好的制动性能。在规定的加速段内达到设定速度和在规定的制动段内完成制动刹车。根据目前检定水槽的实际情况（水槽长110m）和流速仪检定工作的需要，确定检定水槽加速段、稳定段、测量段和制动段等4个阶段。（2）具有很好的稳定

4、性和很高的运行精度。检定车在检定测量段的运行过程中，速度保持稳定，无爬行、抖动和摆动等现象。其速度变化率达到规范中1级水槽的技术指标要求。（3）有良好的绝缘性能，完全消除变频器控制系统对仪器信号数据的采集、传输和处理等方面的干扰和影响。1.1.3安全防护措施（1）每个方向的末端，采用双行程开关控制刹车；（2）由软件同时控制，在检测车撞到行程开关后，自动调向，使其不能再向同向行驶，防止误动作造成撞车的现象。1.2数据采集及处理系统2.1技术特点检定数据采集及处理系统由计算机（工控机）控制，流速仪检定系统软件以Windows为中文操作系统平台，数据存贮格式采用目前常用的SQLServer数据库存贮

5、格式，以便于数据的交换和使用。流速仪检定一般采用单架检定，连续加速行车（按要求静水），逐级采样的方式。如采用3架1组时，当速度W0.80m/s,同时安装3架检定，并分别采集测定3架仪器的速度或距离、转数和时间数据：当速度>0.80m/s时，逐架分别检定，仅采集测定1架仪器的数据。正确衔接每架仪器的2个速度段的数据，以获取准确完整的数据系列，同时计算检定测点数据，检定测点数据包括检定车的平均速度和流速仪转子的转速。并自动记录每架仪器的平均速度、转子转数和相应时间等原始数据资料。检定数据的处理按仪器型号区分有2种情况：一种是个别型号仪器的检定数据分低速（速度V临界速度*）和中、高速（速度&g

6、t;临界速度*）2部分进行处理：另一种是低速性能好，低速曲线趋近于直线，在不影响使用准确度的情况下，可用直线方程，或与中高速同用一百线方程。低速部分为曲线，由低速检定测点拟合，并绘制速度*转速曲线图或计算表（低速）。同时分别计算检定测点相对拟合曲线及直线的绝对和相对误差，来表示低速曲线和中、高速直线2部分的精确度；计算全线相对均方差和速度级分段相对误差，来表示流速仪的检定精确度。在检定数据处理中，允许由人工按规范中的舍点（原始数据不许人工修改）原则，选择舍弃粗大误差的检定测点或恢复舍弃的检定测点，并重新进行检定数据的自动处理。1.2.2系统功能系统具有良好的控制检定车速度功能。根据人工任意设定

7、的某个速度或检定方案中选择设定的检定测点速度系列，由程序控制检定车调速，使其速度自动达到某个速度设定值或自动逐个达到每个速度设定值，实现调速或逐级调速。系统具有可以随时不定期监测检定车的运行状况和速度变化情况的功能。计算机采集、测定检定车在某测量段内一定距离间隔或一定时间间隔的瞬时速度，并计算检定车在某测量段内的平均速度、各点速度的绝对误差和各点的速度变化率，同时自动记录及存贮检定车的瞬时速度数据和计算数据资料（平均速度、速度绝对误差和速度变化率）。检定系统软件具有界面友好、美观实用、简单直观、提示清楚、使用方便灵活、安装卸载容易等特点。1.2.3具体功能（!）可设定（输入或选择）检定车的任何

8、1个或1组速度；（2）可设置、更改、存贮和删除各种型号仪器的检定方案（仪器型号、检定测点速度系列、仪器每个信号的转数、速度级的信号总数等）；（3）可选择确定采集数据的仪器位置编号，设定（输入或选择）仪器属性和检定参数（检定车速度、每个信号的转数、采集信号的总数等）及选择确定检定方案；（4）实时显示仪器检定时检定车在检定槽的位置、运行速度、采集的信号数和相应的时间及检定工作状态等；（5）显示每组仪器的平均速度、转子转数和相应时间等原始数据；（6）显示仪器的仪器属性、检定数据和计算成果资料；（7）输出打印检定数据资料和检定证书（仪器属性、检定计算成果资料及其它有关内容）；（8）显示和输出打印标准流

9、速仪的比测检定计算成果资料，检定车在某测量段内距离间隔或时间间隔的瞬时速度数据，以及检定车在某测量段内的平均速度、各点的速度绝对误差和各点的速度变化率。2 控制系统设备2.1主要控制设备1. 1.1上位机和下位机控制控制部分采用上位机和下位机控制的方式。上位机采用工控机，下位机采用PLC（可编程控制器）。上位机实现数据管理和决定进行何种速度测试，下位机实现具体的控制及被检仪器的测试、转向与数据采集等功能。PLC是-种将计算机、自动控制和通信等技术结合在一起的新型工业自动控制设备，在工业自动控制中得到了广泛的应用。它不仅能实现对开关量信号的逻辑控制，还能实现与上位计算机等智能设备之间的通讯，具有

10、较强的数据处理能力、自动控制功能及较好的抗干扰能力。在设计时采用PLC主要是用以处理各种开关量、检测车速度测量（编码脉冲计数）和对被检仪器信号进行计数，具体功能如下：（1）控制检测车的运行控制检测车的位置；控制变频器的接入和退出；发指令使检测车向前（东行）和向后（西行）；发检测车启动和停止指令；控制气动刹车的通断。（2）控制流速仪转向检测流速仪的轴向与检测车的运行方向是否一致，如不一致，发出流速仪转向指令；检测流速仪转向是否到位。（3）检测检测车的运行速度。（4）分别检测3架流速仪的信号数。（5）安全保护变频器发生故障时安全停车保护；气动刹车气压不足时的安全保护；末端防撞安全保护，启动时如检测

11、车处于东端，则只能向西运行，如处于西端，则只能向东运行。2. 1.2交流变频调速器交流变频调速技术是新近发展起来较先进的技术，随着功率半导体器件技术的发展日趋完善，以及微电子技术和微处理器不断发展，交流变频调速技术在电力传动领域得到越来越广泛的应用。在检测车的控制设备中，交流变频器主要用于控制检测车的运行速度，使检测车以设定的速度平稳运行。具体功能如下：（1）按PLC发出的运行方向指令控制检测车运行；（2）按PLC发出的启动、停止指令控制检测车；（3）按上位机设定的运行速度控制检刑车运行，并按PLC检测到的实际车速进行PID调节，实现闭环控制；（4）实现瞬间掉电保护：（5）实现防止失速、电流限

12、制、过电流、输出短路、过电压限制、启动过载、紧急停车等保护。2. 1.3检测车速的运行精度由于变频器本身具有良好的调节性能和精确的速度设定功能，还采用了传感器（脉冲编码器）测定检测车的实际速度，进行PID闭环控制，用2级脉冲编码器取样可保证检测车的稳定运行和运行精度。2.2数据采集及处理2.2.1检定数据采集及处理系统系统软件WindowsXP为中文操作系统平台，流速仪检测系统软件采用组态软件，数据存贮采用SQLServer数据库存贮格式，以便实现与其他数据交换使用。可实时、动态地显示检测车的数据和状态，界而生动、直观，便于操作人员的集中控制及管理。1. 2.2检测车运行速度的控制功能系统软件

13、与变频器及PLC结合以实现度好的控制检定车速度的功能。根据人工任意设定的某个速度或检定方案中选择的检定检测点速度系列，由系统软件发送指令给变频器及PLC,实现自动调速。随时监测检定车速度运行状况的功能。系统软件采集、测定检定车在某测量段内距离或时间间隔的瞬时速度，并计算检定车在某测最段内的平均速度、各点的速度绝对误差和各点的速度变化率，同时自动记录和存贮检定车的瞬时速度数据及计算数据。2.2.3检定信号的采集、计算及存贮在同-时段内速度传感器采集检定车行驶速度或距离，采用PLC记录流速仪转子的转数和相应时间。由PLC的高速计数及精确的计时功能保证测量精度。采用动态的车距来过滤消除由于接触丝抖动

14、而产生的误记信号问题（此功能单独介绍）o系统软件自动测试检测车的速度，当速度运行稳定后才能测讪流速仪信号数、时间和检测车运行距离。由流速仪信号来控制时间和车距计数，以减少误差。3 流速仪信号的滤除由于早期生产的转子式流速仪，发信部件均采用接触丝与齿轮结合完成。由于接触丝与齿轮接触时的抖动摩擦，产生的信号有杂波，造成自动计数设备误记，一般采用延时的方式来消除。检测仪器时由于车速变化幅度较大，采用延时的方式操作太繁琐，为了滤除流速仪信号的杂波，在检测控制软件中设计了信号处理单元。主要原理是：根据不同流速仪的水力螺距值0）和2个信号间的转数（），来设定滤除信号的数值（s）。这样可通过测记检测车的车距

15、控制流速仪信号的采集，从而消除流速仪信号的误记。如：检测LS68型转子式流速仪，该仪器的水力螺距值b为0.6700.690m，2个信号间的转数为5r,计算2个信号间的水力螺距值在3.353.45m之间。在设定检测程序时，将滤除流速信号值s设置小于3.0m,即第1个流速仪信号到来时，开始记录流速仪信号，同时记车距和时间。当检测车记录的车距到达设置的s值后，允许下一个流速信号记录，这样不论检测车是低速还是高速，滤除信号的间隔是一致的，实现自动滤除的功能。4 结语在水文仪器检测设备控制中应用工控机和PLC技术，是近年来工业控制中常用的技术，在水利自动化和水文监测设备控制中也得到了广泛的应用。流速仪检

16、测自动控制设备利用变频调速和数字编码等技术，基于检测数据白动采集、计算、存贮和全自动控制为一体化系统。特别是在流速仪信号采集时利用固定的车距来滤除接触丝的抖动问题，解决了人工调整的繁琐操作，实现了全自动检测等功能。该系统的应用可在有限的检测距离内，实现检测车在0.016.00m/s速度范围内连续可调，并旦运行稳定，为流速仪器的检测质量的保证和效率的提高提供了一个完善的方案。参考文献（1JGB/T21699-2008,直线明槽中转子式流速仪的检定方法S.2姚永熙.水文仪器与水利水文自动化M南京：河海大学出版社，2001.ResearchonDesignIdeasforControllingSys

17、temofCurrentMeterCalibrationSetZHAOZAO-shen(Hydrology&WaterResourcesSurveyBureauofHebeiProvince,Shijiazhuang050031,China)AbstractThecontrollingsystemforcurrentmetercalibrationsetisanintegratedsystemofautomaticacquisition,calculation,storageforcalibrationdataandfullyautomaticcontrolbytechnologies

18、ofspeedcontrolbyfrequencyvariationanddigitalencoding.Inthispaper,someexperiencesaboutemployingindustrialpersonalcomputerandPLCincontrolunitforhydrometricinstrumentaredescribed,andastatementofsignalacquisitionforcurrentmeterisalsogiven.Thesystemcanbeusedtorealizecontinuousspeedcontrolofcalibrationvehiclewithinspeedrangeof0.01m/sto6.00m/s,andwithfeaturesofstableoperation,whichprovidesaperfectschemeforqualityguaranteeingandhigherefficiencyforvelocityinstrumentinspection.Itisproventhatthesystemisanewgenerationworkplatformforcurrentmetercalibrationsetbynewtechnologyandnewfac