CN104216346A - 一种全自动超音速喷嘴大流量标准装置的电气自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3500m3/h大流量音速喷嘴标准装置的电气自动控制系统，包括真空泵调节阀1、音速喷嘴控制组件2、流量调节阀3、标准涡轮流量计4、工作段差压变送器5、温度变送器6、PLC可编程控制器7、PC机8、PROFIBUS-DP总线9，RS-23210总线、RS48511总线、监控软件11等组成，音速喷嘴组件2包括调节气动阀门2-1、温度传感器2-2、压力传感器2-3、精密压力表2-4。其特征在于控制系统能准确的控制装置的运行处于临界流状，是由压力变送器，真空泵和PLC构成的PID运算系统。本发明的有益效果是：程序可靠性高；调试和模拟性强；标准化强且维修方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种全自动音速喷嘴大流量标准装置的电气自动控制系统，尤其涉及一种3500m3/h大流量音速喷嘴标准装置的电气自动控制系统，属于电气自动控制系统技术领域。
背景技术
气体流量标准装置是检测气体流量仪表的必备计量测试设备。由于音速文丘利喷嘴具有结构简单、体积小、性能稳定、重复性好、精度高等优点,被作为气体流量传递标准,在国内外得到广泛的应用。在一些装置中，数据采集和控制功能一般由工控机,光电隔离卡块, 频率输人卡块, 开关量卡块,信号调理模块等组成的计算机系统完成。目前国内市场大流量音速喷嘴标准装置的控制部分是由以工控机为主的计算机系统组成，这种系统不仅所花费用大，而且在组成，使用，维修方面有许多不便。
发明内容
本发明的目的就是为克服以上技术的不足，提供一种流量大、操作全自动控制、精度等级高的大流量音速喷嘴标准装置的PLC 系统电气自动控制系统。本发明通过采用以下技术方案实现的：本发明涉及一种全自动音速喷嘴大流量标准装置的电气自动控制系统，尤其涉及一种3500m3/h大流量音速喷嘴标准装置的电气自动控制系统，全自动音速喷嘴标准装置的电气自动控制系统包括由检测和控制两部分组成，其中检测部分真空泵调节阀1、音速喷嘴控制组件2、流量调节阀 3 、标准涡轮流量计 4、 工作段差压变送器5、温度变送器6，控制部分的实现主要是由PLC可编程控制器7、PC机8、PROFIBUS-DP总线9，RS-23210总线、RS48511总线、监控软件11等组成，其特征在于硬件部分模块化，其特征在于控制系统能准确的控制装置的运行处于临界流状，是由压力变送器，真空泵和PLC构成的PID运算系统。所述的真空泵调节阀1用于控制真空泵射流空气。所述的音速喷嘴组件2包括8只调节气动阀门2-1、1只温度传感器2-2、1只压力传感器2-3、1只精密压力表2-4，用于控制通过喷嘴的射流空气。所述的流量调节阀 3 用于调节直管段组的射流空气的流量。所述的流量标准涡轮流量计 4 用于测量直管段组的射流空气的流量。所述的工作段差压变送器5、温度变送器6分别用于测量前后储气罐内的温度、压力。所述的可编程控制器7用于控制整套装置的动作运行和标定数据定期导出。所述的PC机8用于控制整套装置的动作运行和标定数据定期导出。所述的PROFIBUS-DP总线9是连接上位机总线本系统主要的通讯块和PLC可编程控制器7的连接，并且遵循的是MPI协议。所述的监控软件11主要是按照系统要实现的功能进行合理有效的编程，同时在系统运行时进行上位机监视和管理。
本发明的有益效果：
1、硬件部分模块化，适应各种控制要求的功能模块可供选择,如果要实现一种功能只需插入一块模块即可；
2、程序清晰明了且易上手；同时由于内部采用了循环扫描的工作方式，程序可靠性高；
3、调试和模拟性强；
4、PROFIBUS现场总线总线可以把所有的采集变送器连接起来，使数据的采集更加及时，准确，结构名了和容易控制；
5、扩展能力强；
6、标准化强且维修方便。
附图说明 图1是一种全自动音速喷嘴大流量标准装置的系统结构图
1-真空泵调节阀
2-音速喷嘴控制组件：2-1调节气动阀门、2-2温度传感器、2-3压力传感器、2-4精密压力表
3-流量调节阀 4-标准涡轮流量计 5- 工作段差压变送器6-温度变送器
7-PLC可编程控制器
8-PC机
9-PROFIBUS-DP总线
10-RS-23210总线
11-RS48511总线
12-监控软件。
具体实施方式
实施例1一种全自动音速喷嘴大流量标准装置组成及作用见图1
全自动音速喷嘴标准装置的电气自动控制系统包括由检测和控制两部分组成，其中检测部分真空泵调节阀1、音速喷嘴控制组件2、流量调节阀 3 、标准涡轮流量计 4、 工作段差压变送器5、温度变送器6，控制部分的实现主要是由PLC可编程控制器7、PC机8、PROFIBUS-DP总线9，RS-23210总线、RS48511总线、监控软件11等组成。真空泵调节阀1用于控制真空泵射流空气。音速喷嘴组件2包括8只调节气动阀门2-1、1只温度传感器2-2、1只压力传感器2-3、1只精密压力表2-4，用于控制通过喷嘴的射流空气。流量调节阀 3 用于调节直管段组的射流空气的流量。所述的流量标准涡轮流量计 4 用于测量直管段组的射流空气的流量。工作段差压变送器5、温度变送器6分别用于测量前后储气罐内的温度、压力。可编程控制器7用于控制整套装置的动作运行和标定数据定期导出。PC机8用于控制整套装置的动作运行和标定数据定期导出。PROFIBUS-DP总线9是连接上位机总线本系统主要的通讯块和PLC可编程控制器7的连接，并且遵循的是MPI协议。监控软件11主要是按照系统要实现的功能进行合理有效的编程，同时在系统运行时进行上位机监视和管理。
实施例2一种全自动音速喷嘴大流量标准装置工作过程
装置开始工作时,打开真空泵，同时操作员在上位机中输入要测量的被检表流量值，此时PLC根据输入测量值自动打开相应的喷嘴开关阀。然后真空泵将空气由被检表的上游直管段入口吸入, 流过测试管段和被检流量计, 进入储气罐, 流经一定组合的临界流文丘里喷嘴后缓冲。当气体装置进入稳定状态后且喷嘴前后压力达到临界压比时，开始采集数据并记录在CPU里。在测试结束时计算出标准的累积流量，并与采集到的被检流量计的指示值进行比较和计算, 即可得到被检流量计的测量精度。
实施例3 控制功能的实现
数据的采集包括数字量和模拟量的采集：当系统进入稳定的临界流状态时，便可以通过控制PLC系统进行数据的采集。在气体标准装置中数据主要分三路采集，其中一路是对储气罐和被检表的压力和温度的模拟量测量，这路数据要求实时性和精度比较高，所以采用PROFIBUS-DP总线和现场的温度，压力变送器进行数据的直接传输，这样就可以保证数据的精度和实时性。另一路模拟量数据是缓冲罐中的压力和被测表的表值，这组数据要求精度不是很高，所以可以通过PLC的模拟量输入模块AI来进行采集和转换。第三路数据则是各个开关量数字量信号，这路信号主要是通过PLC的数字输入模块DI进行采集，通过信号的采集反馈可以知道各路开关的开关状况。当所有数据都通过变送器采集到PLC的CPU中，CPU会根据程序已经编辑好的公式，进行累积流量计算，并将结果和被检表的显示值进行比较。
实施例4各控制开关的实现
在此设备中，数字量控制开关主要是控制喷嘴的气动阀，真空泵和被测表的开关阀。在气体标准装置中，有数个文丘里喷嘴，他们的流量是根据整套装置流量大小来设计的，且各个喷嘴的流量都不相同。在检测中，当操作员输入一个要检测的流量参数时，PLC会根据喷嘴流量自动组织一组喷嘴进行检测被检表，这时CPU便会通过数字量输出模块控制应该打开喷嘴的开关阀。而真空泵和被测表的气动阀开关则在测量准备阶段就由PLC控制数字量输出模块打开。
实施例5 临界压力比的PID控制实现
根据音速文丘里喷嘴的性质，他最大的特点就是当喷嘴前后的压力比P2/P1达到一定比例时，流过喷嘴的气体流量将会保持不便。此套气体标准装置也就是利用这一原理而生成，所以保证气体前后的压力比在临界流非常重要。在此套装置中，由压力变送器，变频器，真空泵和PLC构成的PID控制系统能准确的控制装置的运行处于临界流状态。在测量过程中，CPU随时对采集到的喷嘴前后压力P1,P2进行比较，当P2/P1满足临界流时，则真空泵保持现状，一旦临界流开始小于某一设定值，则通过模拟量输出模块输出适当的电流信号以驱动变频器进行对真空泵动作，以保证装置在测量过程中始终处于临界流状态。
实施例6 通讯的实现
本系统主要的通讯分为几块，一块为上位机和PLC的连接，他们的连接通过PROFIBUS总线连接，同时要在上位机中安装CP5621卡，并且之间遵循的是MPI协议。另一块是PLC与现场变送器的连接，现场的数据变送器一路通过PLC的模拟量模块输入，另一部分通过PROFIBUS总线和DP-LINK模块直接进行数据传输，他们遵循的是PROFIBUS-DP协议。
实施例7 PLC软件部分的实现
PLC软件主要是按照系统要实现的功能进行合理有效的编程，同时在系统运行时进行上位机监视和管理。基于文丘里喷嘴的气体标准装置要实现的基本功能如图1所示。只有PLC内部CPU和用户程序正常有序准确的运行才能保证整个测量的正常完成。PLC采用的是一种不断循环的顺序扫描工作方式。CPU在完成上电的基本系统程序后就开始按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令，开始新一轮的扫描。
实施例8 程序控制的实现
用户程序是由许多程序功能块来实现的，程序功能块包括模拟量数据采集的功能块，数字量采集功能块，数据处理功能块，中断处理功能块，PID反馈控制功能块等。编程时只要把这些功能块按气体标准装置的控制要求合理地添加在主程序中即可。
Claims (10)
1.本发明涉及一种全自动音速喷嘴大流量标准装置的电气自动控制系统，尤其涉及一种3500m3/h大流量音速喷嘴标准装置的电气自动控制系统，全自动音速喷嘴标准装置的电气自动控制系统包括由检测和控制两部分组成，其中检测部分真空泵调节阀1、音速喷嘴控制组件2、流量调节阀 3 、标准涡轮流量计 4、 工作段差压变送器5、温度变送器6，控制部分的实现主要是由PLC可编程控制器7、PC机8、PROFIBUS-DP总线9，RS-23210总线、RS48511总线11、监控软件12等组成，其特征在于硬件部分模块化，其特征在于控制系统能准确的控制装置的运行处于临界流状，是由压力变送器，真空泵和PLC构成的PID运算系统。
2.根据权利要求1所述的一种全自动音速喷嘴大流量标准装置的电气自动控制系统，其特征在于所述的真空泵调节阀1用于控制真空泵射流空气。
3.根据权利要求1所述的一种全自动音速喷嘴大流量标准装置，其特征在于所述的音速喷嘴组件2包括8只调节气动阀门2-1、1只温度传感器2-2、1只压力传感器2-3、1只精密压力表2-4，用于控制通过喷嘴的射流空气。
4.根据权利要求1所述的一种全自动音速喷嘴大流量标准装置的电气自动控制系统，其特征在于所述的流量调节阀 3 用于调节直管段组的射流空气的流量。
5.根据权利要求1所述的一种全自动音速喷嘴大流量标准装置的电气自动控制系统，其特征在于所述的流量标准涡轮流量计 4 用于测量直管段组的射流空气的流量。
6. 根据权利要求1所述的一种全自动音速喷嘴大流量标准装置的电气自动控制系统，其特征在于所述的工作段差压变送器5、温度变送器6分别用于测量前后储气罐内的温度、压力。
7.根据权利要求1所述的一种全自动音速喷嘴大流量标准装置的电气自动控制系统，其特征在于所述的可编程控制器7用于控制整套装置的动作运行和标定数据定期导出。
8.根据权利要求1所述的一种全自动音速喷嘴大流量标准装置的电气自动控制系统，其特征在于所述的PC机8用于控制整套装置的动作运行和标定数据定期导出。
9. 据权利要求1所述的一种全自动音速喷嘴大流量标准装置的电气自动控制系统，其特征在于所述的PROFIBUS-DP总线9是连接上位机总线本系统主要的通讯块和PLC可编程控制器7的连接，并且遵循的是MPI协议。
10.据权利要求1所述的一种全自动音速喷嘴大流量标准装置的电气自动控制系统，其特征在于所述的监控软件12主要是按照系统要实现的功能进行合理有效的编程，同时在系统运行时进行上位机监视和管理。
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