流速儀檢測(cè)設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路.docx

1、流速儀檢測(cè)設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路趙造申（河北省水文水資源勘測(cè)局，河北石家莊05003D摘要：流速儀檢測(cè)設(shè)備控制系統(tǒng)是利用變頗調(diào)速、數(shù)字編碼等技術(shù)，檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、計(jì)算、存貯和全自動(dòng)控制一體化系統(tǒng).介紹了在水文儀器檢測(cè)技制設(shè)備應(yīng)用工控機(jī)和PLC技術(shù)的一些體會(huì)，并對(duì)流速儀信號(hào)采集的問(wèn)題作了說(shuō)明.該系統(tǒng)的應(yīng)用可在有限的檢測(cè)距離內(nèi)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)率在0.01-6.00m/s速度范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且運(yùn)行穗定，為保證流速儀器的檢測(cè)質(zhì)量和提高效率提供一個(gè)完善的方案，是流速儀檢測(cè)設(shè)備利用新技術(shù)、新設(shè)備控制的新一代作業(yè)平臺(tái).關(guān)鍵詞：流速儀檢測(cè)；檢測(cè)設(shè)備；自動(dòng)控制；變頗技術(shù)中圖分類(lèi)號(hào)：P335文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：

2、1674-9405（2010）02-0051-04收稿日期：2010-03-10作者簡(jiǎn)介：趙造申（1956-）,男.河北石家莊人，高級(jí)工程郎.從事水文監(jiān)測(cè)儀器自動(dòng)控制和水文儀器檢測(cè)作.0前言流速儀檢測(cè)設(shè)備，是目前各水文儀器檢測(cè)機(jī)構(gòu)不可缺少的重要設(shè)備之一。隨著計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，各水文儀器檢測(cè)部門(mén)近兒年都對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了技術(shù)改造。因各地的實(shí)際情況不同，改造的技術(shù)難點(diǎn)也不盡相同。檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行速度穩(wěn)定與否，直接關(guān)系到流速儀的檢測(cè)質(zhì)段。下而介紹河北省水文水資源勘測(cè)局“流速儀檢測(cè)/校準(zhǔn)車(chē)控制系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)思路，供同行參考。1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路1控制系統(tǒng)1. 1.1技術(shù)特點(diǎn)檢定車(chē)采用推進(jìn)式其電力控制

3、系統(tǒng)采用交流變頻調(diào)速控制技術(shù)，采用有級(jí)（即低速和高速2級(jí)）或無(wú)級(jí)變速的方式。制動(dòng)方式采用電動(dòng)機(jī)自動(dòng)能耗制動(dòng)，正常情況下由手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，非正常情況下則由撞壓式行程開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。調(diào)速范圍為0.016.00m/s,在此范圍內(nèi)檢定車(chē)速度連續(xù)可調(diào)。有級(jí)變速通過(guò)變速器和變速器中的電磁離合器等裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)速方式采用外部設(shè)定和計(jì)算機(jī)程序設(shè)定2種方式。1. 1.2，性能（1）具有很強(qiáng)的加速能力和很好的制動(dòng)性能。在規(guī)定的加速段內(nèi)達(dá)到設(shè)定速度和在規(guī)定的制動(dòng)段內(nèi)完成制動(dòng)剎車(chē)。根據(jù)目前檢定水槽的實(shí)際情況（水槽長(zhǎng)110m）和流速儀檢定工作的需要，確定檢定水槽加速段、穩(wěn)定段、測(cè)量段和制動(dòng)段等4個(gè)階段。（2）具有很好的穩(wěn)定

4、性和很高的運(yùn)行精度。檢定車(chē)在檢定測(cè)量段的運(yùn)行過(guò)程中，速度保持穩(wěn)定，無(wú)爬行、抖動(dòng)和擺動(dòng)等現(xiàn)象。其速度變化率達(dá)到規(guī)范中1級(jí)水槽的技術(shù)指標(biāo)要求。（3）有良好的絕緣性能，完全消除變頻器控制系統(tǒng)對(duì)儀器信號(hào)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理等方面的干擾和影響。1.1.3安全防護(hù)措施（1）每個(gè)方向的末端，采用雙行程開(kāi)關(guān)控制剎車(chē)；（2）由軟件同時(shí)控制，在檢測(cè)車(chē)撞到行程開(kāi)關(guān)后，自動(dòng)調(diào)向，使其不能再向同向行駛，防止誤動(dòng)作造成撞車(chē)的現(xiàn)象。1.2數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)2.1技術(shù)特點(diǎn)檢定數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)（工控機(jī)）控制，流速儀檢定系統(tǒng)軟件以Windows為中文操作系統(tǒng)平臺(tái)，數(shù)據(jù)存貯格式采用目前常用的SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)存貯

5、格式，以便于數(shù)據(jù)的交換和使用。流速儀檢定一般采用單架檢定，連續(xù)加速行車(chē)（按要求靜水），逐級(jí)采樣的方式。如采用3架1組時(shí)，當(dāng)速度W0.80m/s,同時(shí)安裝3架檢定，并分別采集測(cè)定3架儀器的速度或距離、轉(zhuǎn)數(shù)和時(shí)間數(shù)據(jù)：當(dāng)速度>0.80m/s時(shí)，逐架分別檢定，僅采集測(cè)定1架儀器的數(shù)據(jù)。正確銜接每架儀器的2個(gè)速度段的數(shù)據(jù)，以獲取準(zhǔn)確完整的數(shù)據(jù)系列，同時(shí)計(jì)算檢定測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，檢定測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)包括檢定車(chē)的平均速度和流速儀轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。并自動(dòng)記錄每架儀器的平均速度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)和相應(yīng)時(shí)間等原始數(shù)據(jù)資料。檢定數(shù)據(jù)的處理按儀器型號(hào)區(qū)分有2種情況：一種是個(gè)別型號(hào)儀器的檢定數(shù)據(jù)分低速（速度V臨界速度*）和中、高速（速度&g

6、t;臨界速度*）2部分進(jìn)行處理：另一種是低速性能好，低速曲線(xiàn)趨近于直線(xiàn)，在不影響使用準(zhǔn)確度的情況下，可用直線(xiàn)方程，或與中高速同用一百線(xiàn)方程。低速部分為曲線(xiàn)，由低速檢定測(cè)點(diǎn)擬合，并繪制速度*轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)圖或計(jì)算表（低速）。同時(shí)分別計(jì)算檢定測(cè)點(diǎn)相對(duì)擬合曲線(xiàn)及直線(xiàn)的絕對(duì)和相對(duì)誤差，來(lái)表示低速曲線(xiàn)和中、高速直線(xiàn)2部分的精確度；計(jì)算全線(xiàn)相對(duì)均方差和速度級(jí)分段相對(duì)誤差，來(lái)表示流速儀的檢定精確度。在檢定數(shù)據(jù)處理中，允許由人工按規(guī)范中的舍點(diǎn)（原始數(shù)據(jù)不許人工修改）原則，選擇舍棄粗大誤差的檢定測(cè)點(diǎn)或恢復(fù)舍棄的檢定測(cè)點(diǎn)，并重新進(jìn)行檢定數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理。1.2.2系統(tǒng)功能系統(tǒng)具有良好的控制檢定車(chē)速度功能。根據(jù)人工任意設(shè)定

7、的某個(gè)速度或檢定方案中選擇設(shè)定的檢定測(cè)點(diǎn)速度系列，由程序控制檢定車(chē)調(diào)速，使其速度自動(dòng)達(dá)到某個(gè)速度設(shè)定值或自動(dòng)逐個(gè)達(dá)到每個(gè)速度設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)調(diào)速或逐級(jí)調(diào)速。系統(tǒng)具有可以隨時(shí)不定期監(jiān)測(cè)檢定車(chē)的運(yùn)行狀況和速度變化情況的功能。計(jì)算機(jī)采集、測(cè)定檢定車(chē)在某測(cè)量段內(nèi)一定距離間隔或一定時(shí)間間隔的瞬時(shí)速度，并計(jì)算檢定車(chē)在某測(cè)量段內(nèi)的平均速度、各點(diǎn)速度的絕對(duì)誤差和各點(diǎn)的速度變化率，同時(shí)自動(dòng)記錄及存貯檢定車(chē)的瞬時(shí)速度數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)資料（平均速度、速度絕對(duì)誤差和速度變化率）。檢定系統(tǒng)軟件具有界面友好、美觀實(shí)用、簡(jiǎn)單直觀、提示清楚、使用方便靈活、安裝卸載容易等特點(diǎn)。1.2.3具體功能（!）可設(shè)定（輸入或選擇）檢定車(chē)的任何

8、1個(gè)或1組速度；（2）可設(shè)置、更改、存貯和刪除各種型號(hào)儀器的檢定方案（儀器型號(hào)、檢定測(cè)點(diǎn)速度系列、儀器每個(gè)信號(hào)的轉(zhuǎn)數(shù)、速度級(jí)的信號(hào)總數(shù)等）；（3）可選擇確定采集數(shù)據(jù)的儀器位置編號(hào)，設(shè)定（輸入或選擇）儀器屬性和檢定參數(shù)（檢定車(chē)速度、每個(gè)信號(hào)的轉(zhuǎn)數(shù)、采集信號(hào)的總數(shù)等）及選擇確定檢定方案；（4）實(shí)時(shí)顯示儀器檢定時(shí)檢定車(chē)在檢定槽的位置、運(yùn)行速度、采集的信號(hào)數(shù)和相應(yīng)的時(shí)間及檢定工作狀態(tài)等；（5）顯示每組儀器的平均速度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)和相應(yīng)時(shí)間等原始數(shù)據(jù)；（6）顯示儀器的儀器屬性、檢定數(shù)據(jù)和計(jì)算成果資料；（7）輸出打印檢定數(shù)據(jù)資料和檢定證書(shū)（儀器屬性、檢定計(jì)算成果資料及其它有關(guān)內(nèi)容）；（8）顯示和輸出打印標(biāo)準(zhǔn)流

9、速儀的比測(cè)檢定計(jì)算成果資料，檢定車(chē)在某測(cè)量段內(nèi)距離間隔或時(shí)間間隔的瞬時(shí)速度數(shù)據(jù)，以及檢定車(chē)在某測(cè)量段內(nèi)的平均速度、各點(diǎn)的速度絕對(duì)誤差和各點(diǎn)的速度變化率。2 控制系統(tǒng)設(shè)備2.1主要控制設(shè)備1. 1.1上位機(jī)和下位機(jī)控制控制部分采用上位機(jī)和下位機(jī)控制的方式。上位機(jī)采用工控機(jī)，下位機(jī)采用PLC（可編程控制器）。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和決定進(jìn)行何種速度測(cè)試，下位機(jī)實(shí)現(xiàn)具體的控制及被檢儀器的測(cè)試、轉(zhuǎn)向與數(shù)據(jù)采集等功能。PLC是-種將計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和通信等技術(shù)結(jié)合在一起的新型工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備，在工業(yè)自動(dòng)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。它不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)量信號(hào)的邏輯控制，還能實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)等智能設(shè)備之間的通訊，具有

10、較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力、自動(dòng)控制功能及較好的抗干擾能力。在設(shè)計(jì)時(shí)采用PLC主要是用以處理各種開(kāi)關(guān)量、檢測(cè)車(chē)速度測(cè)量（編碼脈沖計(jì)數(shù)）和對(duì)被檢儀器信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，具體功能如下：（1）控制檢測(cè)車(chē)的運(yùn)行控制檢測(cè)車(chē)的位置；控制變頻器的接入和退出；發(fā)指令使檢測(cè)車(chē)向前（東行）和向后（西行）；發(fā)檢測(cè)車(chē)啟動(dòng)和停止指令；控制氣動(dòng)剎車(chē)的通斷。（2）控制流速儀轉(zhuǎn)向檢測(cè)流速儀的軸向與檢測(cè)車(chē)的運(yùn)行方向是否一致，如不一致，發(fā)出流速儀轉(zhuǎn)向指令；檢測(cè)流速儀轉(zhuǎn)向是否到位。（3）檢測(cè)檢測(cè)車(chē)的運(yùn)行速度。（4）分別檢測(cè)3架流速儀的信號(hào)數(shù)。（5）安全保護(hù)變頻器發(fā)生故障時(shí)安全停車(chē)保護(hù)；氣動(dòng)剎車(chē)氣壓不足時(shí)的安全保護(hù)；末端防撞安全保護(hù)，啟動(dòng)時(shí)如檢測(cè)

11、車(chē)處于東端，則只能向西運(yùn)行，如處于西端，則只能向東運(yùn)行。2. 1.2交流變頻調(diào)速器交流變頻調(diào)速技術(shù)是新近發(fā)展起來(lái)較先進(jìn)的技術(shù)，隨著功率半導(dǎo)體器件技術(shù)的發(fā)展日趨完善，以及微電子技術(shù)和微處理器不斷發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)在電力傳動(dòng)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在檢測(cè)車(chē)的控制設(shè)備中，交流變頻器主要用于控制檢測(cè)車(chē)的運(yùn)行速度，使檢測(cè)車(chē)以設(shè)定的速度平穩(wěn)運(yùn)行。具體功能如下：（1）按PLC發(fā)出的運(yùn)行方向指令控制檢測(cè)車(chē)運(yùn)行；（2）按PLC發(fā)出的啟動(dòng)、停止指令控制檢測(cè)車(chē)；（3）按上位機(jī)設(shè)定的運(yùn)行速度控制檢刑車(chē)運(yùn)行，并按PLC檢測(cè)到的實(shí)際車(chē)速進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；（4）實(shí)現(xiàn)瞬間掉電保護(hù)：（5）實(shí)現(xiàn)防止失速、電流限

12、制、過(guò)電流、輸出短路、過(guò)電壓限制、啟動(dòng)過(guò)載、緊急停車(chē)等保護(hù)。2. 1.3檢測(cè)車(chē)速的運(yùn)行精度由于變頻器本身具有良好的調(diào)節(jié)性能和精確的速度設(shè)定功能，還采用了傳感器（脈沖編碼器）測(cè)定檢測(cè)車(chē)的實(shí)際速度，進(jìn)行PID閉環(huán)控制，用2級(jí)脈沖編碼器取樣可保證檢測(cè)車(chē)的穩(wěn)定運(yùn)行和運(yùn)行精度。2.2數(shù)據(jù)采集及處理2.2.1檢定數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)系統(tǒng)軟件WindowsXP為中文操作系統(tǒng)平臺(tái)，流速儀檢測(cè)系統(tǒng)軟件采用組態(tài)軟件，數(shù)據(jù)存貯采用SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)存貯格式，以便實(shí)現(xiàn)與其他數(shù)據(jù)交換使用。可實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地顯示檢測(cè)車(chē)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，界而生動(dòng)、直觀，便于操作人員的集中控制及管理。1. 2.2檢測(cè)車(chē)運(yùn)行速度的控制功能系統(tǒng)軟件

13、與變頻器及PLC結(jié)合以實(shí)現(xiàn)度好的控制檢定車(chē)速度的功能。根據(jù)人工任意設(shè)定的某個(gè)速度或檢定方案中選擇的檢定檢測(cè)點(diǎn)速度系列，由系統(tǒng)軟件發(fā)送指令給變頻器及PLC,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速。隨時(shí)監(jiān)測(cè)檢定車(chē)速度運(yùn)行狀況的功能。系統(tǒng)軟件采集、測(cè)定檢定車(chē)在某測(cè)量段內(nèi)距離或時(shí)間間隔的瞬時(shí)速度，并計(jì)算檢定車(chē)在某測(cè)最段內(nèi)的平均速度、各點(diǎn)的速度絕對(duì)誤差和各點(diǎn)的速度變化率，同時(shí)自動(dòng)記錄和存貯檢定車(chē)的瞬時(shí)速度數(shù)據(jù)及計(jì)算數(shù)據(jù)。2.2.3檢定信號(hào)的采集、計(jì)算及存貯在同-時(shí)段內(nèi)速度傳感器采集檢定車(chē)行駛速度或距離，采用PLC記錄流速儀轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)和相應(yīng)時(shí)間。由PLC的高速計(jì)數(shù)及精確的計(jì)時(shí)功能保證測(cè)量精度。采用動(dòng)態(tài)的車(chē)距來(lái)過(guò)濾消除由于接觸絲抖動(dòng)

14、而產(chǎn)生的誤記信號(hào)問(wèn)題（此功能單獨(dú)介紹）o系統(tǒng)軟件自動(dòng)測(cè)試檢測(cè)車(chē)的速度，當(dāng)速度運(yùn)行穩(wěn)定后才能測(cè)訕流速儀信號(hào)數(shù)、時(shí)間和檢測(cè)車(chē)運(yùn)行距離。由流速儀信號(hào)來(lái)控制時(shí)間和車(chē)距計(jì)數(shù)，以減少誤差。3 流速儀信號(hào)的濾除由于早期生產(chǎn)的轉(zhuǎn)子式流速儀，發(fā)信部件均采用接觸絲與齒輪結(jié)合完成。由于接觸絲與齒輪接觸時(shí)的抖動(dòng)摩擦，產(chǎn)生的信號(hào)有雜波，造成自動(dòng)計(jì)數(shù)設(shè)備誤記，一般采用延時(shí)的方式來(lái)消除。檢測(cè)儀器時(shí)由于車(chē)速變化幅度較大，采用延時(shí)的方式操作太繁瑣，為了濾除流速儀信號(hào)的雜波，在檢測(cè)控制軟件中設(shè)計(jì)了信號(hào)處理單元。主要原理是：根據(jù)不同流速儀的水力螺距值0）和2個(gè)信號(hào)間的轉(zhuǎn)數(shù)（），來(lái)設(shè)定濾除信號(hào)的數(shù)值（s）。這樣可通過(guò)測(cè)記檢測(cè)車(chē)的車(chē)距

15、控制流速儀信號(hào)的采集，從而消除流速儀信號(hào)的誤記。如：檢測(cè)LS68型轉(zhuǎn)子式流速儀，該儀器的水力螺距值b為0.6700.690m，2個(gè)信號(hào)間的轉(zhuǎn)數(shù)為5r,計(jì)算2個(gè)信號(hào)間的水力螺距值在3.353.45m之間。在設(shè)定檢測(cè)程序時(shí)，將濾除流速信號(hào)值s設(shè)置小于3.0m,即第1個(gè)流速儀信號(hào)到來(lái)時(shí)，開(kāi)始記錄流速儀信號(hào)，同時(shí)記車(chē)距和時(shí)間。當(dāng)檢測(cè)車(chē)記錄的車(chē)距到達(dá)設(shè)置的s值后，允許下一個(gè)流速信號(hào)記錄，這樣不論檢測(cè)車(chē)是低速還是高速，濾除信號(hào)的間隔是一致的，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)濾除的功能。4 結(jié)語(yǔ)在水文儀器檢測(cè)設(shè)備控制中應(yīng)用工控機(jī)和PLC技術(shù)，是近年來(lái)工業(yè)控制中常用的技術(shù)，在水利自動(dòng)化和水文監(jiān)測(cè)設(shè)備控制中也得到了廣泛的應(yīng)用。流速儀檢

16、測(cè)自動(dòng)控制設(shè)備利用變頻調(diào)速和數(shù)字編碼等技術(shù)，基于檢測(cè)數(shù)據(jù)白動(dòng)采集、計(jì)算、存貯和全自動(dòng)控制為一體化系統(tǒng)。特別是在流速儀信號(hào)采集時(shí)利用固定的車(chē)距來(lái)濾除接觸絲的抖動(dòng)問(wèn)題，解決了人工調(diào)整的繁瑣操作，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)檢測(cè)等功能。該系統(tǒng)的應(yīng)用可在有限的檢測(cè)距離內(nèi)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)車(chē)在0.016.00m/s速度范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并旦運(yùn)行穩(wěn)定，為流速儀器的檢測(cè)質(zhì)量的保證和效率的提高提供了一個(gè)完善的方案。參考文獻(xiàn)（1JGB/T21699-2008,直線(xiàn)明槽中轉(zhuǎn)子式流速儀的檢定方法S.2姚永熙.水文儀器與水利水文自動(dòng)化M南京：河海大學(xué)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