液體流量計檢定系統全自動化的實現
液體流量計檢定系統全自動化的實現
液體流量計檢定系統的自動化是將工業(yè)生產中的自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制的理念及方法引入流量計檢定行業(yè)中，從而***大限度地解放人力資源、節(jié)約管理成本、規(guī)范檢定工作。
一、檢定系統自動化的實現實現檢定系統的自動化需要解決以下問題：
（1）泵組及變頻器的調節(jié)；（2）閥門組的調節(jié)；（3）過程數據的處理及分配；（4）參數的學習、分析及整合；（5）檢定流程的自動化控制及調整；（6）數學模型的建立；
（7）突發(fā)狀況的預判及處理。
前 4 項用于系統自動調整檢定中的流量點并判斷調整后的流量是否適于檢定工作，此項是整個自動化檢定中的重點和難點，后面將逐一解釋，（5）、（6）項用于完成預定的檢定過程，***后一項用于保障檢定設備的安全。
1.泵組及變頻器的預設
我們所選取的設備為一拖多模式，即一臺變頻器拖動若干臺泵。 這種模式下需要系統能夠根據所預設的流量點， 自動確定需要的泵組合及各泵的工作狀態(tài).實現這一預期需要 4 個前提，即泵的流量特性、泵組合的確定、變頻的動態(tài)調整，以及泵組實際流量特性修正。
根據每臺泵的 H—Q 曲線可知其在系統中的***大出水量，如圖 1 所示，以此作為依據使用排列組合方式確定所需流量點的泵組合方式，此時將得到一個初步的泵組合。 根據泵組***大出水量、單臺泵***大出水量、 設定流量的差值關系確定需要變頻調節(jié)的泵，同時由于變頻輸出與泵轉速之間為線性對應，確定變頻輸出的數值。 至此，為流量點的調節(jié)制定了初步泵組控制方案。
值得注意的是,泵組的實際出水量與其理論值之間存在差異， 所以應將這種差異代入其流量特性的修正中， 實際操作時應根據其實際特性調整泵組初步控制。
2.閥門組的調節(jié)
流量調節(jié)中另外的重要一節(jié)是對調節(jié)閥組的調節(jié)， 即通過對管道特性的改變實現流量改變的目的。為實現調節(jié)閥全程范圍內的平穩(wěn)和可調性，選擇等百分比調節(jié)閥。 圖 2 為等百分比調節(jié)閥的理想特性曲線，即兩端壓差不變的情況下的特性曲線。 在實際應用中并不存在理想情況， 所以需要對此曲線作出修正，但其總體走向不變。
實際應用中為節(jié)省成本多使用標準表組（如實驗對象），每臺標準表后安裝獨立調節(jié)閥用于流量調節(jié)，由此形成應用中的調節(jié)閥組調節(jié)。 在多調節(jié)閥的調節(jié)中，每臺調節(jié)閥開度的改變都會引起上下游壓力及各管線流量的變化，各管線流量的分配理論上與其管徑成正比，但由于不同口徑調節(jié)閥及管線鋪設所產生的局部壓力損失不同，各管線實際流量分配與理論值存在出入，需要在調節(jié)閥開度算法內調整這種差異。
3.過程數據的處理及分配
（1）調節(jié)參數的分配及調整
單一的泵組或調節(jié)閥組的調節(jié)并不能快速、準確地達到預設流量， 需要合理分配兩項調節(jié)的權重，進行組合調節(jié)。 系統將實際流量與設定流量的偏差范圍分為 3 級，其范圍依次縮小，各范圍隨系統運行狀況自動調整，其初值建議取 10%、5%、1%。
這一過程中，調節(jié)閥、泵的選擇和調整遵循 3 個***小原則，即設備增減數量***小，設備調節(jié)量***小，流量波動***小。
（2）流量穩(wěn)定性的判定
對大部分被檢表而言， 實際流量與設定流量之間的偏差進入 5%范圍內即可符合規(guī)程要求，系統將此范
圍默認為 1%（可動態(tài)調整），能夠更加貼近用戶的實際需求。 流量進入這一范圍（即第 3 級調整范圍）后，計算一段時間內所采集的流量點的方差，判斷其穩(wěn)定狀態(tài)。
（3）調節(jié)死區(qū)的處理
在實際流量的調節(jié)過程中存在一定數量的死區(qū)，這是由調節(jié)機構本身性能及檢定設備整體結構所引起的不可控因素。 正確應對死區(qū)可以提高流量調整速度， 同時避免邏輯判斷進入死循環(huán)而導致程序崩潰。對于調節(jié)中的死區(qū)可通過調整控制權重和提高容錯機制處理， 在級流量范圍內實惠調整控制權重，后兩級尤其是第 3 級范圍內應以提高容錯機制為主。
4.參數的學習、分析和整合參數的自學習、自調整是基于人工神經網絡控制
（ANNs）的一種控制方式 ，并行 、容錯 、自我學習是其與傳統控制方法的***主要區(qū)別，如圖 3 所示。 系統只設置***基本的控制總則，在基本規(guī)則的框架內，系統通過在運行中不斷地采集、 分析過程數據和行為，對其***初的控制參數進行分類、優(yōu)化。 除必要算法和模型外，在流量調節(jié)中不使用固定算法，而是將采集、處理過的過程數據和設備行為作為獨立單元存儲。 通過試運行階段的磨合，積累大量的數據單元，在正式使用時，通過對現場數據和行為的分析，選取***佳的單元組合，同時記錄經調整后的過程數據，選擇增加或更新數據、行為單元。 在運行一段時間后，控制系統與設備間將達到***佳契合度，并且由于其關鍵參數一直處于持續(xù)的優(yōu)化調整中，所以其控制性能并不會因設備性能、狀態(tài)的改變而下降。 同時由于系統采用可調整的容錯機制，能夠有效避免由于設備性能所引起的
控制死區(qū)、系統崩潰現象。
5.檢定流程的自動化控制和調整除必要的儀表基本信息和系統不能夠直接采集的環(huán)境信息外，檢定過程所需涉及的過程參數、流程控制、數據處理、設備保護均應作自動化處理，使系統能夠在無人狀態(tài)下自動完成。
針對具體的檢定需求，系統需根據用戶所選擇的檢定方法和被檢表種類、準確度、信號等自動調整檢定方案和自動檢定流程。 以采用靜態(tài)質量法的脈沖類電磁流量計為例，其檢定流程如圖 4 所示。
檢定流程中所涉及的大部分功能都以模塊化方式設計，可以根據實際需求選擇是否開啟，以增加系統的靈活度。 比如在一般檢定中，為得到更好的檢定數據，可選擇剔除粗大誤差，或對產生粗大誤差的點.此外，檢定自動化并非不允許人為操作，系統在設計上具備手/自動兩種模式， 手動模式的存在有利于實驗性項目的開展。
6.測量模型的建立
作為流量計檢定領域的行業(yè)軟件，系統對被檢表的誤差、重復性、準確度等數據的計算和判定都需要遵循現行計量檢定規(guī)程。 其測量模型的建立應嚴格遵循施行中的計量檢定規(guī)程，同時考慮到規(guī)程的不定期更新，更需預留更新接口。 所以測量模型的建立應以規(guī)程號為分類依據獨立編寫（雖然很多隸屬不同規(guī)程的流量計其計算模型是相同的）。
7.突發(fā)狀況的預判及處理系統需要考慮在檢定過程中可能出現的突發(fā)情
況，如采用靜態(tài)質量法時的溢水、開關閥門失靈等情況。 對此需要實時處理過程中的數據，預判可能發(fā)生的危險，并及時作出調整。 對于來不及調整或已經發(fā)生的突發(fā)狀況，需要啟動緊急措施，避免或減少由此而產生的不良后果。
以質量法時的防溢出為例，當實際流量、設定檢定時間、稱重罐允許容積配比不當時（即 Q×t＞V），將出現罐內水溢出情況。 為避免這一情況的發(fā)生，系統實時監(jiān)視流量的瞬時波動和一段時間內的平均值，參考設定時間提前估算出檢定時間內的總流量范圍，當其風險比例超出允許范圍后，將根據具體情況選擇縮短時間，暫停檢定，調整流量等不同的應對措施。 預判應對能夠消除絕大部分的危險因素。 如果由于外在原因預判失敗，將進入緊急應對模式，此時應及時開通旁路和泄水通路，消除或減少由此引起的不良后果。
緊急應對模式解決問題后需要自動回復正常狀態(tài)，同時將此次處理操作記錄在案。
二、結束語
檢定系統的全自動化能有效降低使用者的管理和人力成本，減少檢定工作中由于人為因素而增加的不確定因素，有利于檢定工作的高效、公正。 但也應注意到， 全自動系統對檢定設備的硬件要求相對較高，需要配備相應的信號回饋機構和較高性能的調節(jié)機構才能保證其高效穩(wěn)定的工作。 在成本與性能之間如何平衡也是需要我們進一步研究的問題。
