液體流量計(jì)檢定系統(tǒng)全自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)

液體流量計(jì)檢定系統(tǒng)的自動(dòng)化是將工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制的理念及方法引入流量計(jì)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(tǒng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)檢定系統(tǒng)的自動(dòng)化需要解決以下問(wèn)題：

（1）泵組及變頻器的調(diào)節(jié)；（2）閥門組的調(diào)節(jié)；（3）過(guò)程數(shù)據(jù)的處理及分配；（4）參數(shù)的學(xué)習(xí)、分析及整合；（5）檢定流程的自動(dòng)化控制及調(diào)整；（6）數(shù)學(xué)模型的建立；

（7）突發(fā)狀況的預(yù)判及處理。

前 4 項(xiàng)用于系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整檢定中的流量點(diǎn)并判斷調(diào)整后的流量是否適于檢定工作，此項(xiàng)是整個(gè)自動(dòng)化檢定中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，后面將逐一解釋，（5）、（6）項(xiàng)用于完成預(yù)定的檢定過(guò)程，***后一項(xiàng)用于保障檢定設(shè)備的安全。

1.泵組及變頻器的預(yù)設(shè)

我們所選取的設(shè)備為一拖多模式，即一臺(tái)變頻器拖動(dòng)若干臺(tái)泵。 這種模式下需要系統(tǒng)能夠根據(jù)所預(yù)設(shè)的流量點(diǎn)， 自動(dòng)確定需要的泵組合及各泵的工作狀態(tài).實(shí)現(xiàn)這一預(yù)期需要 4 個(gè)前提，即泵的流量特性、泵組合的確定、變頻的動(dòng)態(tài)調(diào)整，以及泵組實(shí)際流量特性修正。

根據(jù)每臺(tái)泵的 H—Q 曲線可知其在系統(tǒng)中的***大出水量，如圖 1 所示，以此作為依據(jù)使用排列組合方式確定所需流量點(diǎn)的泵組合方式，此時(shí)將得到一個(gè)初步的泵組合。 根據(jù)泵組***大出水量、單臺(tái)泵***大出水量、 設(shè)定流量的差值關(guān)系確定需要變頻調(diào)節(jié)的泵，同時(shí)由于變頻輸出與泵轉(zhuǎn)速之間為線性對(duì)應(yīng)，確定變頻輸出的數(shù)值。 至此，為流量點(diǎn)的調(diào)節(jié)制定了初步泵組控制方案。

值得注意的是,泵組的實(shí)際出水量與其理論值之間存在差異， 所以應(yīng)將這種差異代入其流量特性的修正中， 實(shí)際操作時(shí)應(yīng)根據(jù)其實(shí)際特性調(diào)整泵組初步控制。

2.閥門組的調(diào)節(jié)

流量調(diào)節(jié)中另外的重要一節(jié)是對(duì)調(diào)節(jié)閥組的調(diào)節(jié)， 即通過(guò)對(duì)管道特性的改變實(shí)現(xiàn)流量改變的目的。為實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥全程范圍內(nèi)的平穩(wěn)和可調(diào)性，選擇等百分比調(diào)節(jié)閥。 圖 2 為等百分比調(diào)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(shí)際應(yīng)用中并不存在理想情況， 所以需要對(duì)此曲線作出修正，但其總體走向不變。

實(shí)際應(yīng)用中為節(jié)省成本多使用標(biāo)準(zhǔn)表組（如實(shí)驗(yàn)對(duì)象），每臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)表后安裝獨(dú)立調(diào)節(jié)閥用于流量調(diào)節(jié)，由此形成應(yīng)用中的調(diào)節(jié)閥組調(diào)節(jié)。 在多調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)中，每臺(tái)調(diào)節(jié)閥開度的改變都會(huì)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(diào)節(jié)閥及管線鋪設(shè)所產(chǎn)生的局部壓力損失不同，各管線實(shí)際流量分配與理論值存在出入，需要在調(diào)節(jié)閥開度算法內(nèi)調(diào)整這種差異。

3.過(guò)程數(shù)據(jù)的處理及分配

（1）調(diào)節(jié)參數(shù)的分配及調(diào)整

單一的泵組或調(diào)節(jié)閥組的調(diào)節(jié)并不能快速、準(zhǔn)確地達(dá)到預(yù)設(shè)流量， 需要合理分配兩項(xiàng)調(diào)節(jié)的權(quán)重，進(jìn)行組合調(diào)節(jié)。 系統(tǒng)將實(shí)際流量與設(shè)定流量的偏差范圍分為 3 級(jí)，其范圍依次縮小，各范圍隨系統(tǒng)運(yùn)行狀況自動(dòng)調(diào)整，其初值建議取 10%、5%、1%。

這一過(guò)程中，調(diào)節(jié)閥、泵的選擇和調(diào)整遵循 3 個(gè)***小原則，即設(shè)備增減數(shù)量***小，設(shè)備調(diào)節(jié)量***小，流量波動(dòng)***小。

（2）流量穩(wěn)定性的判定

對(duì)大部分被檢表而言， 實(shí)際流量與設(shè)定流量之間的偏差進(jìn)入 5%范圍內(nèi)即可符合規(guī)程要求，系統(tǒng)將此范

圍默認(rèn)為 1%（可動(dòng)態(tài)調(diào)整），能夠更加貼近用戶的實(shí)際需求。 流量進(jìn)入這一范圍（即第 3 級(jí)調(diào)整范圍）后，計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)所采集的流量點(diǎn)的方差，判斷其穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）調(diào)節(jié)死區(qū)的處理

在實(shí)際流量的調(diào)節(jié)過(guò)程中存在一定數(shù)量的死區(qū)，這是由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)本身性能及檢定設(shè)備整體結(jié)構(gòu)所引起的不可控因素。 正確應(yīng)對(duì)死區(qū)可以提高流量調(diào)整速度， 同時(shí)避免邏輯判斷進(jìn)入死循環(huán)而導(dǎo)致程序崩潰。對(duì)于調(diào)節(jié)中的死區(qū)可通過(guò)調(diào)整控制權(quán)重和提高容錯(cuò)機(jī)制處理， 在級(jí)流量范圍內(nèi)實(shí)惠調(diào)整控制權(quán)重，后兩級(jí)尤其是第 3 級(jí)范圍內(nèi)應(yīng)以提高容錯(cuò)機(jī)制為主。

4.參數(shù)的學(xué)習(xí)、分析和整合參數(shù)的自學(xué)習(xí)、自調(diào)整是基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

（ANNs）的一種控制方式 ，并行 、容錯(cuò) 、自我學(xué)習(xí)是其與傳統(tǒng)控制方法的***主要區(qū)別，如圖 3 所示。 系統(tǒng)只設(shè)置***基本的控制總則，在基本規(guī)則的框架內(nèi)，系統(tǒng)通過(guò)在運(yùn)行中不斷地采集、 分析過(guò)程數(shù)據(jù)和行為，對(duì)其***初的控制參數(shù)進(jìn)行分類、優(yōu)化。 除必要算法和模型外，在流量調(diào)節(jié)中不使用固定算法，而是將采集、處理過(guò)的過(guò)程數(shù)據(jù)和設(shè)備行為作為獨(dú)立單元存儲(chǔ)。 通過(guò)試運(yùn)行階段的磨合，積累大量的數(shù)據(jù)單元，在正式使用時(shí)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和行為的分析，選取***佳的單元組合，同時(shí)記錄經(jīng)調(diào)整后的過(guò)程數(shù)據(jù)，選擇增加或更新數(shù)據(jù)、行為單元。 在運(yùn)行一段時(shí)間后，控制系統(tǒng)與設(shè)備間將達(dá)到***佳契合度，并且由于其關(guān)鍵參數(shù)一直處于持續(xù)的優(yōu)化調(diào)整中，所以其控制性能并不會(huì)因設(shè)備性能、狀態(tài)的改變而下降。 同時(shí)由于系統(tǒng)采用可調(diào)整的容錯(cuò)機(jī)制，能夠有效避免由于設(shè)備性能所引起的

控制死區(qū)、系統(tǒng)崩潰現(xiàn)象。

5.檢定流程的自動(dòng)化控制和調(diào)整除必要的儀表基本信息和系統(tǒng)不能夠直接采集的環(huán)境信息外，檢定過(guò)程所需涉及的過(guò)程參數(shù)、流程控制、數(shù)據(jù)處理、設(shè)備保護(hù)均應(yīng)作自動(dòng)化處理，使系統(tǒng)能夠在無(wú)人狀態(tài)下自動(dòng)完成。

針對(duì)具體的檢定需求，系統(tǒng)需根據(jù)用戶所選擇的檢定方法和被檢表種類、準(zhǔn)確度、信號(hào)等自動(dòng)調(diào)整檢定方案和自動(dòng)檢定流程。 以采用靜態(tài)質(zhì)量法的脈沖類電磁流量計(jì)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(shè)計(jì)，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇是否開啟，以增加系統(tǒng)的靈活度。 比如在一般檢定中，為得到更好的檢定數(shù)據(jù)，可選擇剔除粗大誤差，或?qū)Ξa(chǎn)生粗大誤差的點(diǎn).此外，檢定自動(dòng)化并非不允許人為操作，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上具備手/自動(dòng)兩種模式， 手動(dòng)模式的存在有利于實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目的開展。

6.測(cè)量模型的建立

作為流量計(jì)檢定領(lǐng)域的行業(yè)軟件，系統(tǒng)對(duì)被檢表的誤差、重復(fù)性、準(zhǔn)確度等數(shù)據(jù)的計(jì)算和判定都需要遵循現(xiàn)行計(jì)量檢定規(guī)程。 其測(cè)量模型的建立應(yīng)嚴(yán)格遵循施行中的計(jì)量檢定規(guī)程，同時(shí)考慮到規(guī)程的不定期更新，更需預(yù)留更新接口。 所以測(cè)量模型的建立應(yīng)以規(guī)程號(hào)為分類依據(jù)獨(dú)立編寫（雖然很多隸屬不同規(guī)程的流量計(jì)其計(jì)算模型是相同的）。

7.突發(fā)狀況的預(yù)判及處理系統(tǒng)需要考慮在檢定過(guò)程中可能出現(xiàn)的突發(fā)情

況，如采用靜態(tài)質(zhì)量法時(shí)的溢水、開關(guān)閥門失靈等情況。 對(duì)此需要實(shí)時(shí)處理過(guò)程中的數(shù)據(jù)，預(yù)判可能發(fā)生的危險(xiǎn)，并及時(shí)作出調(diào)整。 對(duì)于來(lái)不及調(diào)整或已經(jīng)發(fā)生的突發(fā)狀況，需要啟動(dòng)緊急措施，避免或減少由此而產(chǎn)生的不良后果。

以質(zhì)量法時(shí)的防溢出為例，當(dāng)實(shí)際流量、設(shè)定檢定時(shí)間、稱重罐允許容積配比不當(dāng)時(shí)（即 Q×t＞V），將出現(xiàn)罐內(nèi)水溢出情況。 為避免這一情況的發(fā)生，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視流量的瞬時(shí)波動(dòng)和一段時(shí)間內(nèi)的平均值，參考設(shè)定時(shí)間提前估算出檢定時(shí)間內(nèi)的總流量范圍，當(dāng)其風(fēng)險(xiǎn)比例超出允許范圍后，將根據(jù)具體情況選擇縮短時(shí)間，暫停檢定，調(diào)整流量等不同的應(yīng)對(duì)措施。 預(yù)判應(yīng)對(duì)能夠消除絕大部分的危險(xiǎn)因素。 如果由于外在原因預(yù)判失敗，將進(jìn)入緊急應(yīng)對(duì)模式，此時(shí)應(yīng)及時(shí)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(yīng)對(duì)模式解決問(wèn)題后需要自動(dòng)回復(fù)正常狀態(tài)，同時(shí)將此次處理操作記錄在案。

二、結(jié)束語(yǔ)

檢定系統(tǒng)的全自動(dòng)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(yīng)注意到， 全自動(dòng)系統(tǒng)對(duì)檢定設(shè)備的硬件要求相對(duì)較高，需要配備相應(yīng)的信號(hào)回饋機(jī)構(gòu)和較高性能的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)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(jìn)一步研究的問(wèn)題。