户用热量表的自动流量校验装置设计

于玲

摘 要：近年来，供热系统分户计量系统逐渐发展起来。为保证分户计量表的精准度，需要对户用热量表进行检测。文章设计了一种自动流量校验装置，该装置可以快速对户用热量表进行检测。

关键词：流量；称重法；检测

1 国内外研究现状

对户用热量表的检测与标定可以分为对温度测量部分的检测与标定和对流量测量部分的检测与标定两部分。由于測量进水温度和出水温度使用的是不同的PT1000热电阻，所以要求两个热电阻的一致性要好，就要进行热电阻的配对。目前国内外普遍采用同时检定多个热电阻在多个温度点的电阻方法，找到两个一致性好的热电阻的方法进行配对。

2 系统功能分析

文章设计的户用热量表自动检测系统是一个闭合的流量系统，水在系统中被循环使用。根据集中供热系统的需求，该系统的流量范围为0.005m3/h-5m3/h，流体介质的温度范围为5-90℃，被检表的口径为DN15或DN20。该系统由一个自动恒温装置来控制水的温度，使水温恒定在55℃，以模拟集中供热管网中水的温度。系统中采用变频器来调节水泵的工作状态使系统中的水压在0.6MPa-1MPa。为了方便被检表的拆装，被检表与上位机的通讯采用光学接口，故而要求被检表有光学通讯接口。由于超声流量计检定规程中明确规定，对流量计要在多个流量状态下进行检定，故而系统在末端设计了四个不同口径的管道，通过这四个管道的开关组合可以模拟多种水流速度。

3 系统工作流程

系统启动后，检测水箱中的水位是否正常，如果在正常范围内则启动加热装置加热，通过PID调节将水温控制在55℃。水温正常后，PLC控制器关闭所有阀门，上位机通过变频器控制水泵将水抽入压力容器并将压力控制在0.6MPa-1MPa。打开安全防护罩，安装被检表，按住夹紧按钮，气动夹紧装置气动，夹紧全部被检表，用扫码枪依次扫描被检表的条码，确认无误后关闭安全防护罩，通过操作面板选择自动检测或者手动检测，如果为自动检测直接按开始检测按钮，如果为手动检测则需要手动放气后再按开始检测按钮。通过反复点按放气按钮或自动检测程序控制，反复开闭放气阀，冲走管路中的气泡，以免影响检测结果。检测流程开始后，通过组合打开四个末端管道阀门，得到多个流量检测点，检测被检表在各个流量检测点的测量误差，计算出校正系数并通过光学接口写入被检表，然后在各个流量检测点对被检表进行复检，检测流程结束后通过指示灯提醒操作人员检测结束，拿下被检表安装下一批被检表后开始下个检测流程。

4 循环管路设计与实现

4.1 恒温水箱及水泵

系统通过一个二次仪表加铂电阻实现对水箱中水温的测量及控制。该二次仪表通过铂电阻检测水箱中的温度，通过可控硅控制电加热器进行加热，而且可以通过RS-485接口，将水箱中的水温发送给上位机进行记录。水箱外包覆保温材料防止热量流失，已达到节能的目的。为了防止水箱中水位过高或过低，在水箱中安装水位传感器，当水位过高或过低时都会触发PLC控制器进行报警提示。

上位机通过RS-485接口连接变频器控制水泵的运转，以实现压力容器的水压的控制，模拟集中供热管网中的压力环境。通过变频器调节水压具有启动平稳，泵转速低延长寿命，节约能源等优点。

4.2 被检表夹紧装置

为了实现被检表的快速拆装，本系统采用两个气动夹紧气缸将被检表串联到循环回路中，该夹紧气缸由空气压缩机提供的压缩空气驱动，压缩空气的压力为0.5MPa。通过操作面板上的两个夹紧按钮和一个松开按钮来控制夹紧气缸的动作。为了防止夹紧气缸伤人在设计动作流程时要求只有安全防护罩关闭后才能执行夹紧操作；在操作面板设计两个距离较远的串联按钮，只有同时按下两个按钮夹紧气缸才能动作，防止操作人员单手按按钮另一个手被夹紧气缸伤到；夹紧按钮如果在按下5秒内松开，夹紧气缸停止动作。由于气缸采用压缩空气作为动力，要实现对气缸的控制，就要控制压缩空气的流动，系统使用两位五通电磁阀实现这一功能。通过控制电磁阀来控制压缩空气的流向，进而控制气缸的夹紧与松开。

4.3 末端管道

流量计检定规程中规定，检定一般应包含下列流量点：qmin、qt、0.40qmax、qmax，故而该系统在末端设计了三个不同口径的管道，配合电动球阀的开合角度，调整需要的流量点对被检表进行检测。

4.4 上位机与多个设备的通讯

该系统中，上位机需要与多个设备进行通讯，将各个设备的数据读取到上位机进行保存。（1）上位机通过条码扫描枪识别被检表，以便在数据库中记录被检表的检测信息。（2）上位机通过USB光学读数头与被检表通讯，读取被检表的测定流量，以便计算被检表的误差和校正系数。（3）上位机通过RS-485总线与变频器、压力表通讯，以控制压力容器中的压力。（4）上位机通过RS485总线与RS-232串口与PLC进行通讯，实现对整个系统的控制。（5）上位机通过以太网与数据库服务器通讯，读取被检表的基本信息，将检测结果、系统运行状况保存到数据库服务器中。

4.5 数据库设计

数据库是整个系统的信息中心，数据库中存放着被检表的基本信息、检测过程参数、校正参数、系统运行记录等信息。数据库采用SQL Server2008设计。

为了记录该系统的所有数据文章在数据库服务器中新建数据库Calorimeter，并在其中建立系统需要的各个表。

数据中的数据都比较重要，为了保证其中存放数据的安全，需要对数据库进行定期自动增量备份。

4.6 软件部分设计

上位机软件主要实现热量表检测数据的汇总、保存。基于微软Visual Studio 2008开发，使用VB.NET开发语言。VS2008提供了强大的数据库操作类和函数，可以向操作本机文件一样读写网络中的数据库。

4.6.1 变频器的控制

上位机通过串口转RS-485模块连接到RS-485总线上，实现与变频器、压力表的通讯。

4.6.2 与光学读写头的通讯

上位机安装USB光学读写头的驱动程序后，可以通过调用厂家提供的库函数实现与被检表的通讯，从而读取每个流量检测点被检表的检测值。与被检表的通讯协议采用主一从结构的半双工通讯方式。

4.6.3 与PLC的通讯

上位机与台达PLC进行通讯使用MODBUS协议，通过该协议上位机可以直接读写PLC的输入输出寄存器、线圈等。上位机通过将PLC输出口置位和复位就可以控制系统的阀门的开闭，从而控制热量表的检测流程。

4.6.4 用户管理

使用该系统的用户都被要求输入用户名和密码进行登录，以保证系统不会被非法使用，每个用户根据其身份的不同在系统中有着不同的操作权限。

4.7 检测流程控制

当按下开始检测按钮后，PLC会进行一些准备工作后通过串口通知上位机开始检测，并会告知“自动/手动”旋钮的当前选择。上位机接到开始检测的信息后首先判断是自动检测还是手动检测，如果为手动检测则直接开始检测，如果为自动检测则先执行放气动作然后开始检测。

5 前景展望

随着国家集中供热分户计量的推进，户用热量表的市场前景相当广阔，户用热量表出厂时又必须要进行出厂检测和首次标定，该自动检测装置能够很好的解决企业的这一问题，并且比传统的手工检测速度快精度高，一定会得到广泛的应用。

参考文献

[1]JJG1030-2007.中华人民共和国国家计量检定规程[S].

[2]CJ/T 188-2004.户用计量仪表数据传输技术条件[S].