CN110749341A - 一种流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统 - Google Patents

一种流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的属于流体多组分体积配比检测技术领域，具体为一种流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统，包括容积式流量传感器、可编程控制器PLC和存储模块，所述容积式流量传感器的输出端通过数据线与可编程控制器PLC的输入端连接，所述可编程控制器PLC通过数据线与存储模块电性连接；所述存储模块包括六个公用存储单元，六个所述公用存储单元分别为SUA1、SUA2、SDA、SUB1、SUB2、SDB，每次采样段的零点都是前一个时刻采集的信号并进行程序运算，就可以得到当时刻的实时流量和流速，还避免了占用大量存储空间，另外采样的时间间隔也要合理设置，既尽可能合理的短；提高检测的准确性。

Description

一种流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统
技术领域
本发明涉及流体多组分体积配比检测技术领域，具体为一种流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统。
背景技术
多组分流体混合配比输出越来越多应用于各个行业，作为多组分流体混合质量的关键性控制指标就是：配比(100:XX)，常用的有重量比和体积比。其中重量比可以通过称重获得，而体积比尤其是当流体的粘度较大时，体积比就只有通过设备和相应的传感器的检测才能获得。
当前的体积比检测方法是：采用传感器(比如容积式流量传感器)和可编程控制器(PLC)进行各流体的流量检测，然后计算得到流体配比的体积比例，但难点是实时体积比例的获得，在这里关键是参与配比混合的各个流体的实时流量的检测。
当前广泛使用的流体流量的检测仪器或系统的运作模式均为：传感器发出模拟信号(脉冲)、检测系统以一定时间间隔读取脉冲，然后根据每个脉冲的具体当量计算得出流量。然而由于流体本身的特点、泵、阀等部件的精度等常常导致流体的流动是动态的、有波动的，这种现实中存在的实际情况对于当前采用的体积比例检测系统是个很大的挑战，当前的检测系统无法及时并准确地反应出实时的流量及流量的变化，尽管当前技术可以通过采用加密采集次数来计算实时流量数据，但因为计量的零点无法实时改变，因此数值的实时有效性、准确性还是无法保证。如果实时流量无法获得，自然就无法获得准确的实时体积比例，因此针对这种情况，我们开发了本技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统，以解决上述背景技术中提出的计量的零点无法实时改变，因此数值的实时有效性、准确性还是无法保证，实时流量无法获得，自然就无法获得准确的实时体积比例的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统，包括容积式流量传感器、可编程控制器PLC和存储模块，所述容积式流量传感器的输出端通过数据线与可编程控制器PLC的输入端连接，所述可编程控制器PLC通过数据线与存储模块电性连接；
所述存储模块包括六个公用存储单元，六个所述公用存储单元分别为SUA1、SUA2、SDA、SUB1、SUB2、SDB；
设目标流体过程有A、B组流体参与配比混合：
在线检测包括以下操作：
采集容积式流量传感器信号(脉冲数)A(n)、B(n)；
将采集到数值A(n)存入SUA2，并计算SUA2-SUA1＝SDA；
将采集到数值B(n)存入SUB2，并计算SUB2-SUB1＝SDB；
计算实时比例：RA(n)＝(SDB*KB*100)/(SDA*KA)；
进行实时流量和流速的计算；
将SUA2的数值赋给SUA1，SUB2的数值赋给SUB1(数据转存)；
进行下一次采集每次采样段的零点都是前一个时刻采集的信号并进行程序运算，就可以得到当时刻的实时流量和流速；
容积式流量传感器的具体当量分别为KA和KB，根据容积式流量传感器的信号A(n)和(B(n)来计算A和B的实时流量QR和实时流速FR的公式如下：
QRA(n+1)＝(A(n+1)-A(n))*KA,FRA(n+1)＝QRA(n+1)/T(n+1)；
QRB(n+1)＝(B(n+1)-B(n))*KB,FRB(n+1)＝QRB(n+1)/T(n+1)；
系统自动执行采样、零点刷新、计算的循环过程，先后得到以下结果：
QRA(1)＝(A(1)-A(0))*KA，QRA(2)＝(A(2)-A(1))*KA，......QRA(n+1)＝(A(n+1)-A(N))*KA；
FRA(1)＝QRA(1)/T(1),FRA(2)＝QRA(2)/T(2),......FRA(n+1)＝QRA(n+1)/T(n+1)；
QRB(1)＝(B(1)-B(0))*KB，QRB(2)＝(B(2)-B(1))*KB，......QRB(n+1)＝(B(n+1)-B(N))*KB；
FRB(1)＝QRB(1)/T(1),FRB(2)＝QRB(2)/T(2),......FRB(n+1)＝QRB(n+1)/T(n+1)；
T为程序定义的采样间隔，如果每次都是同样时间间隔，则T(1)＝T(1)＝......＝T(n+1)；
得到各个定义时刻的实时流量和流速。
优选的，所述可编程控制器PLC上连接有不少于两个的容积式流量传感器。
优选的，所述容积式流量传感器置于目标流体的输送管道上。
优选的，该流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统还包括显示器，所述显示器通过数据线与可编程控制器PLC连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)每次采样段的零点都是前一个时刻采集的信号并进行程序运算，就可以得到当时刻的实时流量和流速，还避免了占用大量存储空间，另外采样的时间间隔也要合理设置，既尽可能合理的短；
2)提高检测的准确性。
附图说明
图1为本发明的系统逻辑框图；
图2为本发明存储模块的系统逻辑框图；
图3为本发明的记录数据结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例：
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统，包括容积式流量传感器、可编程控制器PLC和存储模块，所述容积式流量传感器的输出端通过数据线与可编程控制器PLC的输入端连接，所述可编程控制器PLC通过数据线与存储模块电性连接；
可编程控制器PLC上连接有不少于两个的容积式流量传感器，容积式流量传感器置于目标流体的输送管道上，还包括显示器，所述显示器通过数据线与可编程控制器PLC连接；
所述存储模块包括六个公用存储单元，六个所述公用存储单元分别为SUA1、SUA2、SDA、SUB1、SUB2、SDB；
流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统的关键是参与配合混合的各个流体的流量的检测。其中，人工通过称重来测量的方法由于无法在线进行而无需考虑，因此只有采用可编程序控制的检测系统。
这种自动化的检测技术是采用容积式流量传感器，对应一定的容积生成并发出对应的脉冲信号，采集系统则负责采集脉冲信号并计数，然后由系统根据一定的规则进行计算得出基于采样时间的流量，假设目标流体过程有A、B组流体参与配比混合，KA和KB分别为A回路和B回路流量传感器的K系数，具体如以下：
A(0)为A组份流体的零点传感器数据，随后在系统的控制下采样获得A(1)，A(2)，A(3)，A(4)等，然后通过对应的计算得出对应时刻的流量：QA(1)＝(A(1)-A(0))*KA,Q(2)＝(A(2)-A(0))*KA,Q(3)＝(A(3)-A(0))*KA,Q(4)＝(A(4)-A(0))*KA等；
B(0)为B组份流体的零点传感器数据，B(1)，B(2)，B(3)，B(4)等，然后通过对应的计算得出对应时刻的流量：QB(1)＝(B(1)-B(0))*KB,QB(2)＝(B(2)-B(0))*KB,QB(3)＝(B(3)-B(0))*KB,QB(4)＝(B(4)-B(0))*KB等；
然后计算RB(n)＝QB(n)*100/QA(n),就得到A、B的混合配比为100：RB(n)；
这里可以看到，A、B流体的流量检测非常重要，直接影响配比的计算结果，所以在线体积比的检测首先是要确保实时流量的检测准确和获得。
然而当前的流量检测计量方法对于恒定流速是适合的，对于动态流体则会出现较大偏差，说明如下：
恒定流速的情况下：
按照当前的流量检测方法，以A流体为例，是n个采样段共用第一个采样段的零点A(0)，从n+1个采样段以后，系统及程序将零点更新为A(n)然后再按照同样的方法得到流量Q(n+1)＝(A(n+1)-A(n))*KA,Q(n+2)＝(A(n+2)-A(n))*KA,Q(n+3)＝(A(n+3)-A(n))*KA,……，既以后采样段的零点均为A(n)*KA。
假设每次采样的时间间隔T是恒定的，那么如果流体的流速F(n)也是恒定的，那么计算出来的流速：
F(n)＝Q(n+1)/1*T,F(n+1)＝Q(n+2)/2*T,F(n+1)＝Q(n+2)/2*T,……；所以得出的各个时刻的流速也是一样的，对于恒定流速，现有的方法是可以接受的。
然而现实中，流体的流速是实时变化的、动态的，考虑到部件的制造、控制精度以及各种因素的影响下，流体的恒定流速的情形在实际应用中很难发生。所以准确、及时计量动态流体的流动过程对于保证多组分流体配比质量是非常重要的。而且这些现实存在的波动往往也是异常、缺陷、磨损所导致，长期累积下去将导致设备或系统的严重事故、故障。
动态流速的情况下：
对于被检测的流体过程是动态变化的，流体流量的在线检测通常需要程序设置多个采样段，而我们的检测方法是在多个采样段的基础上，每个采样段中都将该采样段的零点进行刷新，以便获得实时流速FRA()、FRB()和流量QRA()，QRB()如下：
QRA(n+1)＝(A(n+1)-A(n))*KA,QRA(n+2)＝(A(n+2)-A(n+1))*KA,QRA(n+3)＝(A(n+3)-A(n+2))*KA,……；以及流速：FRA(n+1)＝QR(n+1)/T(n+1),FRA(n+2)＝QR(n+2)/T(n+2),FRA(n+3)＝QR(n+2)/T(n+3),……；
假如动态流体过程分段采样后得到：
A(0)*KA＝0,A(1)*KA＝0.5,A(2)*KA＝0.5,A(3)*KA＝3.0,A(4)*KA＝6.0,时间间隔T均为1秒，为简化说明传感器的当量也设为1，注意其中A(1)和A(2)段的数值一样，这意味着A(2)这一段实际上没有流量输出；对应时刻B组份：B(0)*KB＝0,B(1)*KB＝0.3,B(2)*KB＝0.35,B(3)*KB＝2.0,B(4)*KB＝3.5；
采用零点逐段实时刷新而得到的实时流量和流速的数值则分别为：
同样的多次采集数值{间隔1秒}：A(0)*KA＝0,A(1)*KA＝0.5,A(2)*KA＝0.5,A(3)*KA＝3.0,A(4)*KA＝6.0；
QRA(1)＝A(1)-A(0)，QRA(2)＝A(2)-A(1)，QRA(3)＝A(3)-A(2)，QRA(4)＝A(4)-A(3)；
QRA(1)＝0.5QRA(2)＝0.1QRA(3)＝2.4QRA(4)＝3.0；
FRA(1)＝0.5FRA(2)＝0.1FRA(3)＝2.4FRA(4)＝3.0；
同样方法可以得到B组份的实时流量和实时流速：
B(0)*KB＝0,B(1)*KB＝0.3,B(2)*KB＝0.35,B(3)*KB＝2.0,B(4)*KB＝3.5,采样间隔为1；
QRB(1)＝0.3QRB(2)＝0.05QRB(3)＝1.65QRB(4)＝1.5；
FRB(1)＝0.3FRB(2)＝0.05FRB(3)＝1.65FRB(4)＝1.5；
然而，当使用当前的方法(既n个采样段共用第一个采样段的零点均为A(0)和B(0))得到的流量和流速数值:
A(0)*KA＝0,A(1)*KA＝0.5,A(2)*KA＝0.5,A(3)*KA＝3.0,A(4)*KA＝6.0；
B(0)*KB＝0,B(1)*KB＝0.3,B(2)*KB＝0.35,B(3)*KB＝2.0,B(4)*KB＝3.5；
QA(1)＝0.5QA(2)＝0.6QA(3)＝3.0QA(4)＝6.0；
QB(1)＝0.3QB(2)＝0.35QB(3)＝2.0QB(4)＝3.5；
Figure BDA0002266655580000071
Figure BDA0002266655580000081
如果控制指标为58±2，则：
Figure BDA0002266655580000082
以当前的计量方法，不管是多次采集还是单次采集，目标流体过程大部分是合格的，尽管多段检测只发现了一段控制指标不合格，所以根据这个当前的检测结果还是可以判定整个2组份流体输出过程是满足控制指标要求的；
然而，采用我们的零点实时刷新和多段检测方法后，除了起始段，其余工作段都是不合格的，这样整个流体输出端实际上是不合格的，需要对流体过程进行调整或检修。如果放过，将会造成隐患甚至导致严重事故或故障。
所以当前的计量检测方法无法真实准确反映实际流体过程的实时流量、转速，因此无法真实反映多组分流体过程配比的真实指标，甚至遮盖、折衷严重偏差，这些将会导致质量不可控和事故。
另外，自动化控制甚至闭环控制在实际中已经得到了广泛应用，这些控制机制对于出现的波动会自动进行反向弥补，采用当前的计量和检测方法(零点统一不变)表达出的是系统运行非常稳定，但实际上波动是一直存在而且是交替弥补，这些波动有些波动是在要求范围内，但随着零部件的磨损等因素，总会有波动超出了要求范围，这就造成了运行中的隐患，由于多组分流体混合配比是关键控制指标，因此能够实时在线准确检测流体的混合体积配比非常必要。
零点刷新的液体动态流量检测系统是由容积式传感器和可编程控制器PLC构成。
借助于可编程控制器PLC及对应的编程，在程序设置来实现每个采样时刻的零点刷新，具体如下：
1.程序设置和定义6个公用存储单元分别为SUA1和SUA2、SDA，SUB1和SUB2、SDB；
2.程序定义一个循环执行模块，包含以下操作：
-采集指定传感器信号(脉冲数)A(n)
-将采集到数值A(n)存入SUA2，并计算SUA2-SUA1＝SDA
-将采集到数值B(n)存入SUB2，并计算SUB2-SUB1＝SDB
-计算实时比例：RA(n)＝(SDB*KB*100)/(SDA*KA)
-进行实时流量和流速的计算
-将SUA2的数值赋给SUA1，SUB2的数值赋给SUB1(数据转存)
-进行下一次采集
这样，每次采样段的零点都是前一个时刻采集的信号并进行程序运算，就可以得到当时刻的实时流量和流速，还避免了占用大量存储空间，另外采样的时间间隔也要合理设置，既尽可能合理的短。
传感器的具体当量分别为KA和KB，根据传感器信号A(n)和(B(n)来计算A和B的实时流量QR和实时流速FR的公式如下：
QRA(n+1)＝(A(n+1)-A(n))*KA,FRA(n+1)＝QRA(n+1)/T(n+1)；
QRB(n+1)＝(B(n+1)-B(n))*KB,FRB(n+1)＝QRB(n+1)/T(n+1)；
随着程序的运行，系统会自动执行采样、零点刷新、计算的循环过程，先后得到以下结果：
QRA(1)＝(A(1)-A(0))*KA，QRA(2)＝(A(2)-A(1))*KA，......QRA(n+1)＝(A(n+1)-A(N))*KA；
FRA(1)＝QRA(1)/T(1),FRA(2)＝QRA(2)/T(2),......FRA(n+1)＝QRA(n+1)/T(n+1)；
QRB(1)＝(B(1)-B(0))*KB，QRB(2)＝(B(2)-B(1))*KB，......QRB(n+1)＝(B(n+1)-B(N))*KB；
FRB(1)＝QRB(1)/T(1),FRB(2)＝QRB(2)/T(2),......FRB(n+1)＝QRB(n+1)/T(n+1)；
T为程序定义的采样间隔，如果每次都是同样时间间隔，则T(1)＝T(1)＝......＝T(n+1)；
这样，我们就得到了各个定义时刻的实时流量和流速，当然间隔设置越短越精确，但间隔时间需要合理设置，以1-2秒为适宜。
作为验证零点刷新的有效性，我们设置了共4段(每段全程10秒)短暂的启动-输出-停止，结果系统全部检测到并显示和记录下来，本方案的记录数据结果如图3所示；
采用零点刷新的检测系统获得了15组数据，按照加权计算最终得到A/B配比为100:52.23，这个关键性控制指标与下面人工检测的指标相差只有0.1％。
与之对比：
当前方法1–人工称重检测重量比例(A密度1.33，B密度1.13)，折算体积比100：52.26；
当前方法2–某自动化设备的监控数据，实际上，该自动化设备的监控数据只获得了1组数据(100：52.8)，数值偏差明显而且具体在这个工况下，偏差的性质完全不一样了，如果依据这个数值追求完美配比(52.5)，设备需要调减B回路的流量，但实际上却是B回路应该增加。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统，包括容积式流量传感器、可编程控制器PLC和存储模块，其特征在于：所述容积式流量传感器的输出端通过数据线与可编程控制器PLC的输入端连接，所述可编程控制器PLC通过数据线与存储模块电性连接；
所述存储模块包括六个公用存储单元，六个所述公用存储单元分别为SUA1、SUA2、SDA、SUB1、SUB2、SDB；
设目标流体过程有A、B组流体参与配比混合：
在线检测包括以下操作：
采集容积式流量传感器信号(脉冲数)A(n)、B(n)；
将采集到数值A(n)存入SUA2，并计算SUA2-SUA1＝SDA；
将采集到数值B(n)存入SUB2，并计算SUB2-SUB1＝SDB；
计算实时比例：RA(n)＝(SDB*KB*100)/(SDA*KA)；
进行实时流量和流速的计算；
将SUA2的数值赋给SUA1，SUB2的数值赋给SUB1(数据转存)；
进行下一次采集每次采样段的零点都是前一个时刻采集的信号并进行程序运算，就可以得到当时刻的实时流量和流速；
容积式流量传感器的具体当量分别为KA和KB，根据容积式流量传感器的信号A(n)和(B(n)来计算A和B的实时流量QR和实时流速FR的公式如下：
QRA(n+1)＝(A(n+1)-A(n))*KA,FRA(n+1)＝QRA(n+1)/T(n+1)；
QRB(n+1)＝(B(n+1)-B(n))*KB,FRB(n+1)＝QRB(n+1)/T(n+1)；
系统自动执行采样、零点刷新、计算的循环过程，先后得到以下结果：
QRA(1)＝(A(1)-A(0))*KA，QRA(2)＝(A(2)-A(1))*KA，......QRA(n+1)＝(A(n+1)-A(N))*KA；
FRA(1)＝QRA(1)/T(1),FRA(2)＝QRA(2)/T(2),......FRA(n+1)＝QRA(n+1)/T(n+1)；
QRB(1)＝(B(1)-B(0))*KB，QRB(2)＝(B(2)-B(1))*KB，......QRB(n+1)＝(B(n+1)-B(N))*KB；
FRB(1)＝QRB(1)/T(1),FRB(2)＝QRB(2)/T(2),......FRB(n+1)＝QRB(n+1)/T(n+1)；
T为程序定义的采样间隔，如果每次都是同样时间间隔，则T(1)＝T(1)＝......＝T(n+1)；
得到各个定义时刻的实时流量和流速。
2.根据权利要求1所述的一种流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统，其特征在于：所述可编程控制器PLC上连接有不少于两个的容积式流量传感器。
3.根据权利要求1所述的一种流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统，其特征在于：所述容积式流量传感器置于目标流体的输送管道上。
4.根据权利要求1所述的一种流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统，其特征在于：该流体输出过程的多组分体积配比的实时在线检测系统还包括显示器，所述显示器通过数据线与可编程控制器PLC连接。
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