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      直讀式電子遠傳水表機電轉換可靠性 試驗裝置的設計

      發布時間:2016-06-02

      電子遠傳水表行業標準CJ/T224-2012規定了直讀式電子遠傳水表進行機電轉換可靠性試驗,即將被試水表與匹配的專用試驗設備相連接,試驗至少選擇在各字輪進位條件最不利的情況下進行, 如從9跳變至0的階段,跳變延續過程要求不少于3個字。試驗在跳變發生前延續到發生后分別讀取機械指示裝置的讀數和電子讀數,將兩組數值進行比較,判斷其相同性和關聯性,要求電子讀數和機械指示裝置讀數一致, 不出現錯碼。JJF1435-2013 《水表制造計量器具許可考核必備條件》也規定了直讀式電子遠傳水表生產企業需配備機電轉換可靠性試驗裝置用于檢驗機電轉換信號的可靠性。


         但是目前國內外沒有滿足要求的成熟產品可供使用,因此設計一套基于數字圖像識別的機電轉換可靠性試驗非實流自動檢測裝置, 既方便使用又兼具高效,可用于制造企業的生產過程產品質量檢驗和計量技術機構的檢驗工作,具有非常重要的經濟意義和社會意義。


      一、裝置的組成及工作原理


      1.裝置的組成


         電子遠傳水表機電轉換可靠性試驗非實流自動檢測裝置由機械工裝定位傳動系統和控制系統構成。機械工裝定位傳動系統主要解決電子遠傳水表計數器的定位和工裝, 控制系統主要包括可編程控制器(PLC)、伺服電機控制系統、觸摸屏、電子讀數識別系統、機械讀數識別系統,用于解決非實流傳動控制、電子遠傳水表機械讀數和電子讀數的自動讀取。其中,PLC選用西門子S7-200系列的CPU224XP,主要實現對伺服電機驅動器的控制, 通過調節輸出頻率的大小, 調節電機轉速,從而模擬產生可自動調節的試驗流量;電子讀數識別系統通RS485/MBUS總線通信至上位機系統;機械讀數識別系統將水表機械讀數利用數字圖像識別技術處理后,通過RS485總線通信至上位機系統;上位機系統選用Delphi7.0,實現人機交互和數據存儲。


         裝置的機械工裝定位傳動系統由圖像傳感器定位工裝、電子遠傳水表計數器定位工裝、伺服電機傳動結構組成。


      2.裝置的工作原理


         電子遠傳水表指示裝置的范圍一般不小于9999m3,字輪的每一位都需要驗證。如果按照實流測試, 那么機電轉換可靠性試驗一般需要數月時間,這無疑給企業和技術機構帶來巨大的時間成本和能耗。對于機電轉換可靠性試驗,需要知道水表的電子讀數和機械讀數,才能計算機電轉換一致性,一般電子讀數可以通過通信方式自動讀取和記錄,但是如果水表的機械讀數依然人工讀取, 長達數月的試驗周期,無疑會給企業和技術機構帶來巨大的人力成本。因此,本文設計的裝置在非實流狀態下,利用伺服電機和傳動機械直接帶動字輪前進,水表的機械讀數利用圖像傳感器和DSP系統直接識別和記錄。裝置的主要工作原理如下:將電子遠傳水表的表頭安裝至機械工裝定位傳動系統,伺服電機通過傳動機構按照可設定的速度帶動字輪前進, 當其中一個字輪從9跳變至0時,上位機軟件系統通過總線通信遠程抄讀水表的電子讀數,記為Vs;同一時刻機械讀數識別系統利用圖像傳感器將水表字輪的讀數拍攝成照片,經DSP系統數字圖像識別后,獲取字輪上的機械讀數,記為VM,該機械讀數和字輪照片通過RS485總線通信上傳至上位機系統;上位機接收到機械讀數和電子讀數后,計算水表的機電信號轉換是否可靠,計算公式如下:



      ΔV=VM-Vs

         按照CJ/T224-2012《電子遠傳水表》,對于直讀式電子遠傳水表,機電轉換誤差不超過±1個最小轉換分度值。最后,上位機系統將電子讀數、機械讀數、字輪照片和機電轉換誤差存儲至數據庫系統。


      二、軟件設計


      1.人機界面設計


         上位機控制軟件是基于Windows7操作系統,使用Delphi7.0開發的, 采用面向對象多層體系結構技術。本系統的軟件設計除了提供用戶人性化友好界面方便用戶外,主要是對試驗的工況進行設定,對試驗的各項參數進行實時記錄與顯示,并通過數據庫存儲歷史數據以便于事后分析與查詢。圖1為本系統軟件功能結構框圖。


      2.控制程序設計


         裝置工作時,字輪的前進主要依靠伺服電機和傳動機械控制。通過PLC的脈沖輸出功能,可以精確控制伺服電機的轉速,再利用工裝定位系統的機械傳動比,就可以準確控制水表字輪的前進速度。PLC的控制流程框圖如圖2所示, 具體工況參數通過上位機界面設定,PLC按照上位機設定的參數和選擇的操作按鈕執行程序。


      3.數據庫設計


         本系統的數據庫是基于SQL Server 2003數據庫軟件設計的。Delphi可以通過數據庫引擎BDE和ADO組件等方法與數據庫進行連接。在本系統中數據庫主要用于存放實驗數據,包括電子讀數、機械讀數、字輪照片和機電轉換誤差,便于試驗后統計和分析。

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