一种流量装置中水流量稳定性检测方法及检测系统与流程

本发明涉及水流量检测技术领域，具体涉及一种流量装置中水流量稳定性检测方法及检测系统。

背景技术：

在流量装置中流量稳定性是一个重要的技术指标，它影响流量仪表系数的标定与重复性。由于影响流量稳定性的因素很多,因此快速判断流量装置中稳定性不好的设备非常重要。流量装置的流量稳定性主要与水泵供水系统、水中气泡、管路系统结构、管道加工工艺、仪表安装、阀门、信号采集和处理等因素相关。

(1)水泵供水系统

水泵供水系统中水泵叶片高频脉动和电机转速变化会导致流量稳定性不好，在装置管路系统中加装稳压消气容器，平滑了高频脉动，同时减小了水中的气泡对流量稳定性的影响。

水泵电机转速变化主要受电源频率波动、水泵负载变化等因素影响，在控制系统中采用水泵电机转速负反馈实现转速恒定。

(2)管路系统结构：设计管路系统时，减少弯头、阀门等局部阻流件，同时采用流场仿真设计法实现了汇流管结构尺寸优化，保证装置流量稳定性。

(3)管道加工工艺：保证法兰与管道直管段接口处的平滑性。

(4)仪表安装：仪表安装时保证同轴度和角度，垫片安装不可突出到管道内。

(5)阀门：阀芯定位不好导致流量增大或波动。

(6)信号采集及处理系统：采用独立地线、抗干扰设计方案和精确脉冲计数方法保证数据采集的真实性。

在以上流量装置的流量不稳定因素中，因管路系统结构、管道加工工艺和安装引起的流量稳定性在设计和施工中是可以控制的，并且在装置的安装调试过程中采用排除法可以确定不稳定因素。然而流量装置中的设备，例如多个阀门、水泵、仪表，在使用中出现的问题直接影响流量稳定性，因此迅速识别哪个设备影响了流量装置的流量稳定性非常重要。

目前流量装置的流量稳定性判断方法是通过数据采集和数据处理系统进行流量计算、流量稳定性计算，如果流量稳定性超出设定的数值,请专业技术人员到现场解决这个问题，但此种方法存在因流量装置流量稳定性差发现不及时或专业技术人员去现场分析造成的检测不及时以及不准确的技术缺陷。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种流量装置中水流量稳定性检测方法及检测系统，能够及时并准确的获知流量装置中的水流量存在的不稳定缺陷，并能够根据不稳定缺陷准确获知造成该不稳定缺陷的设备，进而实现了对水流量不稳定的流量装置的及时维护。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种流量装置中水流量稳定性检测方法，所述方法包括：

获取流经运行中的流量装置的水流量；

根据所述水流量的值确定当前流量装置的流量稳定值；

若经判断得知所述流量稳定值不在设定数值范围内设定值，则根据所述水流量的值获取流量稳定性曲线，并获取当前流量装置中运行的水泵电机的电机稳定性曲线；

以及，根据所述流量稳定性曲线及电机稳定性曲线，在当前流量装置中确定引起水流量不稳定的设备。

进一步的，所述获取流经运行中的流量装置的水流量，包括：

在所述流量装置运行时，周期性获取所述流量装置中的标准表的脉冲读数；

以及，根据所述标准表的仪表系数，将获取的各所述脉冲读数均转化为流经运行中的流量装置的水流量的值。

进一步的，根据所述水流量的值确定当前流量装置的流量稳定值，包括：

根据所述水流量的值，获取当前流量装置的流量平均值；

以及，根据所述流量平均值确定当前流量装置的所述流量稳定值。

进一步的，所述若经判断得知所述流量稳定值不在设定数值范围内，则根据所述水流量值获取流量稳定性曲线，并获取当前流量装置中运行的水泵电机的电机稳定性曲线，包括：

若经判断得知当前流量装置中的流量稳定值超过设定值，则根据所述水流量的值绘制流量稳定性曲线；

在当前运行的流量装置中，周期性采集运行中的水泵电机的转速值；

以及，根据所述水泵电机的转速值，绘制所述水泵电机的电机稳定性曲线。

进一步的，根据所述流量稳定性曲线及电机稳定性曲线，在当前流量装置中确定引起水流量不稳定的设备，包括：

根据所述流量稳定性曲线及电机稳定性曲线，比较所述水泵电机的转速变化趋势与水流量的波动变化趋势；

若所述水泵电机的转速变化趋势与水流量的波动变化趋势相同，则确定引起当前水流量不稳定的设备为当前流量装置中的水泵、连轴器或编码器。

进一步的，根据所述流量稳定性曲线及电机稳定性曲线，在当前流量装置中确定引起水流量不稳定的设备，还包括：

判断当前所述流量稳定性曲线的波动变化趋势的类型，其中，所述波动变化趋势的类型包括：上升、下降及波动；

若波动变化趋势的类型为上升，则确定引起当前水流量不稳定的设备为当前流量装置中的主管线上的开关阀；

若波动变化趋势的类型为下降，则确定引起当前水流量不稳定的设备为当前流量装置中的旁通阀；

若波动变化趋势的类型为波动，则将根据当前流量装置中的标准表及称重系统分别获取的流量稳定性曲线进行比较，并根据比较结果确定引起水流量不稳定的设备。

进一步的，所述将根据当前流量装置中的标准表及流量称重系统分别获取的流量稳定性曲线进行比较，之前还包括：

在所述流量装置运行时，周期性获取所述流量装置中的水的重量读数；

以及，根据水流入所述称重系统的时间，将获取的各所述重量读数均转化为流经运行中的流量装置的水流量值。

进一步的，所述将根据当前流量装置中的标准表及流量称重装置分别获取的流量稳定性曲线进行比较，并根据比较结果确定引起水流量不稳定的设备，包括：

判断得知根据所述标准表及称重系统分别获取的流量稳定性曲线的波动变化趋势是否相同；

若是，则确定引起当前水流量不稳定的设备为当前流量装置中的调节阀；

否则，判定当前标准表故障。

进一步的，根据所述流量稳定性曲线及电机稳定性曲线，在当前流量装置中确定引起水流量不稳定的设备，之后还包括：

对确定的当前流量装置中引起水流量不稳定的设备进行标记；

以及，根据所述标记查找所述引起水流量不稳定的设备，并对该设备进行维护或更换操作。

另一方面，本发明还提供了一种流量装置中水流量稳定性检测系统，所述检测系统包括：

水流量获取单元，用于获取流经运行中的流量装置的水流量；

流量稳定值确定单元，用于根据所述水流量的值确定当前流量装置的流量稳定值；

稳定性曲线确定单元，用于在经判断得知所述流量稳定值大于设定值时，根据所述水流量的值获取流量稳定性曲线，并获取当前流量装置中运行的水泵电机的电机稳定性曲线；

引起水流量不稳定的设备确定单元，用于根据所述流量稳定性曲线及电机稳定性曲线，在当前流量装置中确定引起水流量不稳定的设备。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种流量装置中水流量稳定性检测方法及检测系统，方法通过获取流经运行中的流量装置的水流量；根据水流量的值确定当前流量装置的流量稳定值；若经判断得知流量稳定值大于设定值，则根据水流量的值获取流量稳定性曲线，获取当前流量装置中运行的水泵电机的电机稳定性曲线；根据流量稳定性曲线及电机稳定性曲线，在当前流量装置中确定引起水流量不稳定的设备。系统包括水流量获取单元、流量稳定值确定单元、稳定性曲线确定单元及引起水流量不稳定的设备确定单元。本发明能够及时并准确的获知流量装置中的水流量存在的不稳定缺陷，并根据不稳定缺陷准确获知造成该不稳定缺陷的设备，进而实现了对水流量不稳定的流量装置的及时维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种流量装置中水流量稳定性检测方法的一种具体实施例的流程示意图；

图2是本发明的检测方法中步骤100的一种具体实施例的流程示意图；

图3是本发明的检测方法中步骤200的一种具体实施例的流程示意图；

图4是本发明的检测方法中步骤300的一种具体实施例的流程示意图；

图5是本发明的检测方法中步骤400的一种具体实施例的流程示意图；

图6是本发明的检测方法中步骤40A及40B一种具体实施例的流程示意图；

图7是本发明的检测方法中步骤406的一种具体实施例的流程示意图；

图8是本发明的检测方法中步骤501及步骤502的一种具体实施例的流程示意图；

图9是本发明应用实例中的水流量标准装置系统组成图；

图10是本发明应用实例中的流量标准装置电气系统图；

图11是本发明应用实例中的供水系统控制原理图；

图12是本发明应用实例中的流量装置流量稳定性专家系统自动诊断流程图；

图13是本发明的一种流量装置中水流量稳定性检测系统的一种具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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作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。

本发明的实施例一提供了一种流量装置中水流量稳定性检测方法的具体实施方式。参见图1，该检测方法具体包括如下内容：

步骤100：获取流经运行中的流量装置的水流量。

在本步骤中，根据运行中的流量装置中的水流量称重装置读数或标准表的读数，在一个时段内周期性的获取并记录流经流量装置的水流量。

步骤200：根据所述水流量的值确定当前流量装置的流量稳定值。

在本步骤中，将流量调到检定流量点，等待流量稳定后，采集标准表脉冲数，采样时间为1秒，计算标准表流量值q＝kf，其中k为流量计仪表系数，f为标准表输出频率，画流量曲线。连续测10次流量值，每次一分钟，分别得到q₁、q₂……q₁₀，流量稳定性按式1和式2计算：

流量平均值：

流量稳定性：

步骤300：若经判断得知所述流量稳定值大于设定值，则根据所述水流量的值获取流量稳定性曲线，并获取当前流量装置中运行的水泵电机的电机转速稳定性曲线。

在本步骤中，比较计算得到的流量稳定值E_s与预设值，若流量稳定值E_s超过预设值，则认定当前流量装置中的水流量不稳定，进而根据所述流量稳定性曲线及电机稳定性曲线，在当前流量装置中确定引起水流量不稳定的设备，否则，确认当前流量装置中的水流量比较稳定。

步骤400：根据所述流量稳定性曲线及电机稳定性曲线，在当前流量装置中确定引起水流量不稳定的设备。

在本步骤中，根据所述流量稳定性曲线及电机稳定性曲线，比较所述水泵电机的转速变化趋势与水流量的波动变化趋势；若所述水泵电机的转速变化趋势与水流量的波动变化趋势相同，则确定引起当前水流量不稳定的设备为当前流量装置中的水泵、连轴器或编码器。

从上述描述可知，本发明的实施例能够及时并准确的获知流量装置中的水流量存在的不稳定缺陷，并能够根据不稳定缺陷准确获知造成该不稳定缺陷的设备，进而实现了对水流量不稳定的流量装置的及时维护。

本发明的实施例二提供了上述检测方法中步骤100的具体实施方式。参见图2，该步骤100具体包括如下内容：

步骤101：在所述流量装置运行时，周期性获取所述流量装置中的标准表的脉冲读数。

步骤102：根据所述标准表的仪表系数，将获取的各所述脉冲读数均转化为流经运行中的流量装置的水流量的值。

从上述描述可知，本发明的实施例实现了对流经运行中的流量装置的水流量的获取，为后续的检测步骤提供了准确的数据基础。

本发明的实施例三提供了上述检测方法中步骤200的具体实施方式。参见图3，该步骤200具体包括如下内容：

步骤201：根据所述水流量的值，计算当前流量装置的流量平均值；

步骤202：根据所述流量平均值确定当前流量装置的所述流量稳定值。

从上述描述可知，本发明的实施例能够根据所述水流量的值准确且快速的计算得到当前流量装置的流量稳定值，进而能够快速的得到当前流量装置中水流量的稳定情况。

本发明的实施例四提供了上述检测方法中步骤300的具体实施方式。参见图4，该步骤300具体包括如下内容：

步骤301：若经判断得知当前流量装置中的流量稳定值超过设定值，则根据所述水流量的值绘制流量稳定性曲线。

步骤302：在当前运行的流量装置中，周期性采集运行中的水泵电机的转速值。

步骤303：根据所述水泵电机的转速值，绘制所述水泵电机的电机稳定性曲线。

从上述描述可知，本发明的实施例能够及时并准确的获知流量装置中的水流量存在的不稳定缺陷。

本发明的实施例五提供了上述检测方法中步骤400的具体实施方式。参见图5，该步骤400具体包括如下内容：

步骤401：根据所述流量稳定性曲线及电机稳定性曲线，比较所述水泵电机的转速变化趋势与水流量的波动变化趋势。

步骤402：若所述水泵电机的转速变化趋势与水流量的波动变化趋势相同，则确定引起当前水流量不稳定的设备为当前供水系统中的水泵、连轴器或编码器。

步骤403：判断当前所述流量稳定性曲线的波动变化趋势的类型，其中，所述波动变化趋势的类型包括：上升、下降及波动，若波动变化趋势的类型为上升，则进入步骤404；若波动变化趋势的类型为下降，则进入步骤405；若波动变化趋势的类型为波动，则进入步骤406。

步骤404：确定引起当前水流量不稳定的设备为当前流量装置中的主管线上的开关阀。

步骤405：确定引起当前水流量不稳定的设备为当前流量装置中的旁通阀。

步骤406：将根据当前流量装置中的标准表及称重系统分别获取的流量稳定性曲线进行比较，并根据比较结果确定引起水流量不稳定的设备。

从上述描述可知，本发明的实施例能够根据不稳定缺陷准确获知造成该不稳定缺陷的设备，进而实现了对水流量不稳定的流量装置的及时维护。

本发明的实施例六提供了上述检测方法中步骤406之前的步骤40A及40B的具体实施方式。参见图6，该步骤40A及40B具体包括如下内容：

步骤40A：在所述流量装置运行时，周期性获取所述流量装置中流入称重系统中的称水容器水的重量读数。

步骤40B：根据水流入所述称重系统中称水容器的时间，将获取的各所述重量读数均转化为流经运行中的流量装置的水流量的值。

从上述描述可知，本发明的实施例提供了根据称重系统获取水流量的一种具体实施方式，保证了水流量获取的准确性。

本发明的实施例七提供了上述检测方法中步骤406的具体实施方式。参见图7，该步骤406具体包括如下内容：

步骤406-a：判断所述标准表及称重系统分别获取的流量稳定性曲线的波动变化趋势是否相同；若是，则进入步骤406-b；否则，进入步骤406-c。

406-b：确定引起当前水流量不稳定的设备为当前流量装置中的调节阀。

406-c：确定当前标准表存在故障。

从上述描述可知，本发明的实施例能够将根据当前流量装置中的标准表及称重系统分别获取的流量稳定性曲线进行有效且准确的比较，并根据比较结果准确得到引起水流量不稳定的设备。

本发明的实施例八提供了上述还包括步骤501及步骤502的检测方法的具体实施方式。参见图8，该步骤501及步骤502具体包括如下内容：

步骤501：对确定的当前流量装置中引起水流量不稳定的设备进行标记。

步骤502：根据所述标记查找所述引起水流量不稳定的设备，并对该设备进行维护或更换操作。

从上述描述可知，本发明的实施例通过对设备进行标记，能够使得操作人员能够快速且准确的实现对设备的维护或更换。

为进一步的说明本方案，本发明还提供一种流量装置中水流量稳定性检测方法的应用实例，该检测方法具体包括如下内容：

图9为水流量标准装置系统组成图，其工作原理为：工控机给出检定流量值，通过PLC编程计算，运算结果经过485通信线路发送到变频器，变频器控制水泵电机运行，水泵从水池抽水、水经过手动开关阀、过滤器、波纹管、水泵、波纹管、止回阀、安全阀、稳压消气容器、气动开关阀、被检表、气动开关阀、气动开关阀、标准表、电动调节阀、气动开关阀、称重系统流回水池，图9称重系统有两套,通过气动开关阀切换使其中的一套运行,每套称重系统由称重入口开关阀、换向器、称水容器、称重出口开关阀、电子秤组成。水循环一段时间,等待流量稳定后，通过数据采集与处理系统计算得到标准表的流量值，用贝塞尔公式计算流量装置的流量稳定性。

2电气系统方案设计

水流量标准装置电气系统见图10所示，主要包括供水控制系统、数据采集处理系统、称重控制系统。

(1)供水系统控制方案设计

图10中的供水控制系统由工控机、PLC、阀门、压力变送器、变频器、水泵电机、编码器组成。设计供水控制系统时,采用了流量反馈、压力反馈和转速负反馈实现流量稳定，上位机用MCGS软件编程，原理图见图11，实现过程如下：

在工控机主界面打开相应的阀门选择要运行的管线，给定测试的流量值和压力值，PLC根据给定流量值、标准流量计反馈流量值，给定压力值、压力变送器反馈压力值，计算偏差并经过PID运算自动转换为频率值，经过485通信，自动调节变频器频率控制水泵电机运行，同时自动调节阀门开度，水泵电机转速信号通过编码器输出，转换为转速值，当流量值与给定值偏差为1％，进入压力调节环，当压力反馈值与给定值偏差为0.5％时，进入转速闭环控制系统。

(2)流量稳定性信号采集与处理系统设计

流量稳定性信号采集与处理系统主要完成流量数据的采集与计算，图10中的信号采集系统由工控机、PCI1780板卡、脉冲分配转接板、标准表组成。脉冲分配转接板具有隔离和一分二功能，脉冲分配转接板输出的信号一路进PLC参与流量反馈控制，另一路信号进工控机实现流量稳定性计算和流量计的标检工作。

流量稳定性计算：将流量调到检定流量点，等待流量稳定后，采集标准表脉冲数，采样时间为1秒，计算标准表流量值q＝kf，其中k为流量计仪表系数，f为标准表输出频率，画流量曲线。连续测10次流量值，每次一分钟，分别得到q₁、q₂……q₁₀，流量稳定性按式1和式2计算。

流量平均值：

流量稳定性：

(3)称重控制系统设计

称重控制系统实现称重法的流量测量，图10装置电气原理图中的称重控制系统由工控机、PLC、电子秤、PCI-1612通信卡、PCI-1750、光电开关、PCI-1780、步进电机、换向器、称水容器、阀门等组成。称重系统切换阀门由PLC控制，工控机控制步进电机运行，步进电机带动换向器实现水切入和切出称水容器，光电开关记录水流入称水容器时间t，电子秤称量流入称水容器中水的重量G，则用称重法测得的流量值为

3流量稳定性自动测试专家系统

在多套流量装置上进行了长时间的大量流量稳定性实验，发现流量稳定性不好的三种曲线形态：上升、下降、波动，它们主要与装置上的设备(开关阀、调节阀、水泵系统)相关，因此提出用流量曲线图表示流量值，根据现场装置稳定性调试经验，软件编程实现流量稳定性的自动诊断，并提示相应设备是否正常工作。

流量装置结构中有许多阀门，安装位置不同，流过标准表的流量也不同，经过实验发现：阀门的漏流量会引起管道流量的上升和下降，流通主管道上的阀门流量泄漏会导致流量上升，旁通阀门流量泄漏会造成流量减小；调节阀阀芯定位不好会引起流量的波动；水泵转速的上升、下降、波动会引起流量稳定性变化，水泵转速的上升和下降可通过转速负反馈控制系统实现自动稳速，水泵转速的波动通过调节PID参数实现，如果波动超过系统所允许的范围，专家诊断系统报警并提示：请查找水泵及其连接设备(水泵、连轴器、编码器)。

图12为流量装置流量稳定性专家系统自动诊断流程图，流量稳定性诊断实现过程：合上流量装置所有气源开关，当气压力表达到0.5Mpa时，合上所有电源开关，打开所有管线的阀门，调节变频器频率，在装置的中大流量点运行半小时。选择需要运行的管线，给定流量点和压力值，系统自动调整到给定值，稳定运行10min；

选择装置测试中的流量稳定性运行菜单，进入流量稳定性运行程序，采集标准表脉冲数将其转换为流量值，采样时间为1秒；

画出流量稳定性曲线；

选择电机稳定性运行菜单，运行电机稳定性程序，采样时间0.25秒，画出电机稳定性曲线；

用式2计算流量稳定性，如果稳定性在正常范围,显示流量稳定性正常,退出诊断系统；

如果流量稳定性超标，并且水泵电机转速变化与流量波动相同，则是水泵系统问题(水泵、连轴器、编码器)；

如果流量变化为上升趋势，则需更换主管线上的开关阀并做标记；

如果流量变化为下降趋势，则开旁通阀测试并标记；

如果标准表流量波动与称重流量变化相同，则更换调节阀并标记；否则重装或重换标准表并标记。

从上述描述可知，本发明的实施例流量稳定性状态显示直观；快速诊断与解决流量装置系统存在的流量稳定性问题；提高仪表标定的效率，降低仪表的生产成本；能够及时并准确的获知流量装置中的水流量存在的不稳定缺陷，并能够根据不稳定缺陷准确获知造成该不稳定缺陷的设备，进而实现了对水流量不稳定的流量装置的及时维护；即使是非专业技术人员也可以在短时间内根据专家系统的提示,达到快速诊断和解决流量装置存在的稳定性问题目的，节省了人工诊断时间，提高了仪表标定效率，降低了仪表的生产成本。

本发明的实施例九提供了能够实现上述检测方法的一种流量装置中水流量稳定性检测系统的具体实施方式。参见图13，该检测系统具体包括如下内容：

水流量获取单元10，用于获取流经运行中的流量装置的水流量。

流量稳定值确定单元20，用于根据所述水流量的值确定当前流量装置的流量稳定值。

稳定性曲线确定单元30，用于在经判断得知所述流量稳定值超过设定值时，根据所述水流量的值获取流量稳定性曲线，并获取当前流量装置中运行的水泵电机的电机转速稳定性曲线。

引起水流量不稳定的设备确定单元40，用于根据所述流量稳定性曲线及电机转速稳定性曲线，在当前流量装置中确定引起水流量不稳定的设备。

从上述描述可知，本发明的实施例能够快速判断流量装置流量稳定性的影响因素，及时解决流量装置存在的流量稳定性问题,提高仪表的生产率和标定精度，即及时并准确的获知流量装置中的水流量存在的不稳定缺陷，并能够根据不稳定缺陷准确获知造成该不稳定缺陷的设备，进而实现了对水流量不稳定的流量装置的及时维护。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。