安貞虎，郭玉棟，魏 紅，劉 民，楊壯壯，賈轉(zhuǎn)紅

(甘肅紅峰機(jī)械有限責(zé)任公司，甘肅 平?jīng)?744000)

1 設(shè)計(jì)高壓全數(shù)字式蒸汽疏水閥型式試驗(yàn)平臺(tái)的必要性

型式試驗(yàn)(type test)是為了驗(yàn)證產(chǎn)品能否滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)范的全部要求所進(jìn)行的試驗(yàn)。它是新產(chǎn)品鑒定中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。疏水閥及其延伸產(chǎn)品只有通過(guò)型式試驗(yàn)，才能正式投入生產(chǎn)和銷(xiāo)售。蒸汽疏水閥及其延伸產(chǎn)品凝結(jié)水回收用蒸汽動(dòng)力機(jī)械泵等產(chǎn)品在研發(fā)、設(shè)計(jì)、定型及批量化生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品必須進(jìn)行驗(yàn)證、評(píng)定、鑒定試驗(yàn)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12251—2005《蒸汽疏水閥試驗(yàn)方法》[1]要求蒸汽疏水閥類(lèi)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)定型時(shí)必須進(jìn)行全項(xiàng)型式試驗(yàn)，產(chǎn)品出廠時(shí)必須逐臺(tái)進(jìn)行出廠動(dòng)作性能試驗(yàn)和殼體強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)介質(zhì)必須是高溫高壓蒸汽和凝結(jié)水。試驗(yàn)裝置必須有高壓鍋爐為其提供蒸汽汽源，必須有完整的系統(tǒng)化檢測(cè)裝置。

目前，國(guó)內(nèi)僅有3～4套疏水閥型式試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)裝置的測(cè)試參數(shù)不高(試驗(yàn)壓力不超過(guò)4.5 MPa)，試驗(yàn)項(xiàng)目不全，而且全部采取現(xiàn)場(chǎng)操作方式，其數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果生成、歷史數(shù)據(jù)貯存等全部由人工完成，試驗(yàn)水平明顯落后。綜觀國(guó)內(nèi)疏水閥行業(yè)型式試驗(yàn)裝置水平的落后狀況，既不利于行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，也不利于政府監(jiān)管部對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督和評(píng)定。

從試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)上看，目前我國(guó)和世界是同步的，都是20世紀(jì)80年代末制定的，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)有ISO 7841∶1988、ISO 7842∶1988、ASME PTC 39—2005[2-4]，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 12251—1989，2005年對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，修訂后的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 12251—2005。國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)方法上，都對(duì)高參數(shù)蒸汽疏水閥不能按同等的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)高壓及大排量的蒸汽疏水閥的性能(動(dòng)作、排量、漏汽量)不能直接采用試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)際生產(chǎn)制造的高參數(shù)產(chǎn)品與現(xiàn)場(chǎng)使用要求還有一定的距離。

近20年來(lái)，由于蒸汽疏水閥的國(guó)際及國(guó)內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有變化，仍然沿用20世紀(jì)80年代制定的標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)方法也沒(méi)有提高，依然用低參數(shù)替代高參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，這種方式對(duì)于高參數(shù)、大參數(shù)的蒸汽疏水閥試驗(yàn)驗(yàn)證是不科學(xué)的。

隨著國(guó)內(nèi)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)走向高質(zhì)量、高參數(shù)、大參數(shù)的趨勢(shì)，設(shè)計(jì)建設(shè)一套高水平、高參數(shù)化、自動(dòng)化、全性能檢測(cè)的蒸汽疏水閥型式試驗(yàn)平臺(tái)是行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的需要[5-6]。

數(shù)字化時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，專(zhuān)業(yè)制造企業(yè)和國(guó)家相關(guān)監(jiān)督檢驗(yàn)部門(mén)必須為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12251的修訂及再版提供必要的基礎(chǔ)技術(shù)條件。

近兩年來(lái)，針對(duì)國(guó)地聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目，甘肅紅峰機(jī)械有限責(zé)任公司作為國(guó)內(nèi)疏水閥行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，投資建設(shè)了一套PN160級(jí)別的全數(shù)字式疏水閥型式試驗(yàn)裝置，形成了集檢驗(yàn)、檢測(cè)、試驗(yàn)、研究為一體的國(guó)家地方聯(lián)合試驗(yàn)室。國(guó)家閥門(mén)產(chǎn)品監(jiān)督檢驗(yàn)中心(福建)投資建設(shè)了一套10.0 MPa級(jí)別的疏水閥型式試驗(yàn)裝置。該試驗(yàn)裝置的建成投運(yùn)，提升了國(guó)內(nèi)疏水閥型式試驗(yàn)?zāi)芰?，可以為行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品共性關(guān)鍵技術(shù)的研究與驗(yàn)證提供服務(wù)，為政府相關(guān)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)部門(mén)提供技術(shù)支持[7-9]。

2 總體方案設(shè)計(jì)

目前，國(guó)內(nèi)高參數(shù)疏水閥產(chǎn)品的壓力參數(shù)已達(dá)到23.0 MPa/597 ℃，排量參數(shù)已達(dá)到1.6～12.0 MPa、500 t/h，工程現(xiàn)實(shí)要求試驗(yàn)裝置的測(cè)試壓力、溫度、排量參數(shù)都要提高，因此新建試驗(yàn)裝置的測(cè)控自動(dòng)化水平要提高，智能化水平要提高，設(shè)計(jì)工控目標(biāo)要達(dá)到工業(yè)3.0～4.0的水平。新建設(shè)的全數(shù)字式蒸汽疏水閥型式試驗(yàn)平臺(tái)必須是測(cè)控一體化的先進(jìn)的試驗(yàn)裝置平臺(tái)，建設(shè)這樣的平臺(tái)可為我國(guó)的疏水閥試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供基礎(chǔ)技術(shù)條件。

設(shè)計(jì)依據(jù)：GB/T 12251—2005、ASME PTC 39—2005、ISO 7841∶1988和ISO 7842∶1988。

設(shè)計(jì)原則：模塊化設(shè)計(jì)，便于該裝置平臺(tái)復(fù)制推廣。

設(shè)計(jì)內(nèi)容：蒸汽制備模塊、蒸汽儲(chǔ)運(yùn)模塊、閥門(mén)性能試驗(yàn)測(cè)試模塊、安全及環(huán)保模塊、電氣自動(dòng)化控制及蒸汽參數(shù)監(jiān)控模塊、數(shù)字化測(cè)控及智能化試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模塊、遠(yuǎn)程同步視頻監(jiān)控模塊和遠(yuǎn)程同步視頻觀摩試驗(yàn)?zāi)K。模塊化設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

設(shè)計(jì)目標(biāo)：該測(cè)試平臺(tái)技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)，能夠完成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的疏水閥所有性能參數(shù)項(xiàng)目測(cè)試。平臺(tái)設(shè)計(jì)壓力等級(jí)PN160，蒸汽壓力8.0～10.0 MPa。測(cè)控自動(dòng)化、數(shù)字化，數(shù)據(jù)處理智能化。能夠遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，遠(yuǎn)程視頻觀摩現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程。實(shí)現(xiàn)下列試驗(yàn)項(xiàng)目：殼體、動(dòng)作、最低工作壓力、最高工作背壓、最高工作壓力、無(wú)負(fù)荷漏汽量、有負(fù)荷漏汽量[10-11]、凝結(jié)水排量和過(guò)冷度等11種試驗(yàn)。既能滿(mǎn)足為國(guó)內(nèi)其他制造企業(yè)提供疏水閥產(chǎn)品驗(yàn)證、評(píng)定，對(duì)本公司新產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)行驗(yàn)證、評(píng)定，又能滿(mǎn)足本公司日常生產(chǎn)中的出廠產(chǎn)品性能檢測(cè)。設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1～表5，設(shè)計(jì)工藝流程如圖2所示。

表1 燃?xì)忮仩t設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 儲(chǔ)汽罐、穩(wěn)壓罐、換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)

表3 計(jì)量平臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)

表4 儀表精度

表5 測(cè)試能力與測(cè)試項(xiàng)目

3 模塊化設(shè)計(jì)內(nèi)容

1)蒸汽制備模塊設(shè)計(jì)：包括1臺(tái)高壓天然氣鍋爐及鍋爐輔機(jī)(產(chǎn)汽量2 t/h，額定產(chǎn)汽壓力10.0 MPa，用于制備高壓蒸汽)，1臺(tái)低壓天然氣鍋爐及鍋爐輔機(jī)(產(chǎn)汽量4 t/h，額定產(chǎn)汽壓力2.5 MPa，用于制備低壓蒸汽，供生產(chǎn)日常、出廠檢測(cè)及低壓大排量疏水閥定型測(cè)試)，鍋爐采用全自動(dòng)智能化控制系統(tǒng)，配套自動(dòng)化軟化水制水系統(tǒng)1套。

天燃?xì)忮仩t房電氣設(shè)計(jì)：包括動(dòng)力配電箱系統(tǒng)、等電位聯(lián)結(jié)、防雷接地布置、動(dòng)力配電、照明配電、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)布置及通信布置、局部照明布置等。天然氣蒸汽鍋爐系統(tǒng)-蒸汽制備模塊如圖3所示。

2)蒸汽儲(chǔ)運(yùn)模塊：包括PN160高壓分汽缸、高壓蒸汽管路、高壓蒸汽儲(chǔ)罐、高壓蒸汽減壓系統(tǒng)及管路。

3)閥門(mén)試驗(yàn)測(cè)試模塊：包括高壓PN160、低壓PN40兩套疏水閥性能測(cè)試系統(tǒng)，1套PN160減壓閥性能測(cè)試系統(tǒng)。本模塊含高壓穩(wěn)壓罐、低壓穩(wěn)壓罐、測(cè)試管路、控制閥門(mén)、流量計(jì)、遠(yuǎn)傳智能壓力溫度流量?jī)x器、儀表、背壓罐系統(tǒng)、凝結(jié)水集水槽系統(tǒng)、電子稱(chēng)重系統(tǒng)等，高壓主管路管徑DN100，低壓主管路管徑DN150，測(cè)試臺(tái)、被測(cè)試閥門(mén)接管、各種變徑接管等。測(cè)試裝載器具包括被測(cè)試閥門(mén)專(zhuān)用升降器、專(zhuān)用伸縮式固定器、專(zhuān)用單臂吊機(jī)。儲(chǔ)運(yùn)模塊如圖4所示。

4)電氣自動(dòng)化控制及蒸汽參數(shù)檢測(cè)控制系統(tǒng)、疏水閥門(mén)性能數(shù)字化測(cè)控及智能化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)2個(gè)模塊是緊密關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，包括平臺(tái)內(nèi)所有設(shè)備及管道的壓力、溫度監(jiān)控、試驗(yàn)過(guò)程中的流量、液位的監(jiān)控，智能化、數(shù)字化遠(yuǎn)傳儀器儀表，控制系統(tǒng)主機(jī)，可視化操作平臺(tái)，智能化數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)等機(jī)電一體數(shù)字化設(shè)備。試驗(yàn)系統(tǒng)控制及監(jiān)控模塊如圖5所示。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控閥門(mén)包括各種手動(dòng)閥門(mén)、電氣控制開(kāi)關(guān)閥、減壓閥、流量調(diào)節(jié)閥；測(cè)控儀表包括蒸汽流量計(jì)、熱水流量計(jì)、溫度變送器、壓力變送器、液位變送器、稱(chēng)重傳感器等，以上閥門(mén)及儀表均選用進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品，測(cè)控精度達(dá)到實(shí)驗(yàn)室級(jí)別，儀表精度等級(jí)在0.05級(jí)以上。

本平臺(tái)系統(tǒng)的流量計(jì)的選擇是重點(diǎn)，宜選用溫壓補(bǔ)償一體型流量計(jì)，當(dāng)測(cè)量過(guò)熱蒸汽時(shí)，需要溫度壓力同時(shí)補(bǔ)償；蒸汽一般都以質(zhì)量流量結(jié)算。當(dāng)溫度或壓力有任何一個(gè)發(fā)生變化，蒸汽的密度都會(huì)發(fā)生改變，質(zhì)量流量也隨之改變。流量計(jì)在測(cè)量飽和蒸汽時(shí)，只需要單獨(dú)溫度補(bǔ)償或單獨(dú)壓力補(bǔ)償。飽和蒸汽的密度與溫度或壓力有一個(gè)固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系(飽和蒸汽密度表)，知道其中的任何一個(gè)，都可以確定飽和蒸汽的密度。而在測(cè)量液體時(shí)，一般不需要壓力補(bǔ)償，在5.0 MPa以下，一般只考慮溫度影響，為準(zhǔn)確測(cè)量需要溫度補(bǔ)償。

5)其他輔助系統(tǒng)：包括廢水、廢氣收集處理系統(tǒng)；安全、降噪、環(huán)保設(shè)施(排污熱回收、煙氣熱回收、除氧熱回收)等。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了蒸汽制備部分和閥門(mén)測(cè)試部分的基本要求。實(shí)際上設(shè)計(jì)一個(gè)完整的先進(jìn)的試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，相當(dāng)于設(shè)計(jì)一個(gè)小型工廠，各種考慮必須周全。

4 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

該平臺(tái)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于數(shù)字式智能化的性能檢測(cè)和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上無(wú)參考案例，完全自主設(shè)計(jì)，且要求技術(shù)先進(jìn)，以工業(yè)4.0為目標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)水平，并實(shí)現(xiàn)技術(shù)跨躍。

鍋爐及壓力容器和管道系統(tǒng)配置的各種監(jiān)控及檢測(cè)儀器儀表、工業(yè)電氣控制閥門(mén)及儀表設(shè)計(jì)要求的質(zhì)量和精度達(dá)到先進(jìn)水平，工控軟硬件采用國(guó)際知名品牌產(chǎn)品，力求控制精準(zhǔn)，采集的信號(hào)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，工控系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)處理。

疏水閥型式試驗(yàn)裝置平臺(tái)的電控軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)采用WIN CC組態(tài)軟件和STEP7的STL語(yǔ)言編程軟件，這2款軟件均安裝在工控機(jī)上，工控機(jī)是上位機(jī)，WinCC畫(huà)面組態(tài)工程創(chuàng)建完成后存儲(chǔ)在上位機(jī)；STL語(yǔ)言程序編制調(diào)試完成后下載到PLC中，用于現(xiàn)場(chǎng)控制，PLC是下位機(jī)。上位機(jī)經(jīng)過(guò)通信卡與下位機(jī)的通信模塊連接，實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)的通信。

控制軟件采用目前先進(jìn)的SCL語(yǔ)言編程，該程序易于學(xué)習(xí)和掌握，能間接描述復(fù)雜的算法，可實(shí)現(xiàn)短時(shí)間開(kāi)發(fā)易讀性更好的程序，支持西門(mén)子S7中的塊和數(shù)據(jù)類(lèi)型，能夠與S7語(yǔ)言(LAD/FBD/STL)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。

控制系統(tǒng)操作面版的設(shè)計(jì)要求如下：1)主要是配色風(fēng)格與公司標(biāo)示色統(tǒng)一，采用一些簡(jiǎn)單的圖案；2)風(fēng)格簡(jiǎn)約大方，有科技感，視覺(jué)效果舒適、雅觀、穩(wěn)重；3)按鈕、指示燈以及圖標(biāo)與屏幕的位置都是固定的，不能更改；4)操作面板鑲嵌在控制室的機(jī)臺(tái)上，設(shè)計(jì)須耐臟；5)面板上選擇適合的位置放置公司的Logo。

數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理的設(shè)計(jì)要求：數(shù)據(jù)采集DAQ系統(tǒng)和可編程自動(dòng)化控制器(PAC)連接到一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上，該交換機(jī)可以根據(jù)需要將任何傳感通道上傳到服務(wù)器和HMFTF控制中心。PAC系統(tǒng)采用2個(gè)Compact RIO底盤(pán)，每個(gè)底盤(pán)可容納8個(gè)傳感模塊。這些模塊感應(yīng)可控制平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)所有組件的系統(tǒng)壓力、液位、流體的溫度、流量和閥門(mén)位置。

利用Compact RIO與FPGA開(kāi)發(fā)一個(gè)集成系統(tǒng)，能夠完成相對(duì)復(fù)雜的操作，包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)計(jì)算以及控制信號(hào)的高速輸出，數(shù)據(jù)采集與控制二合一。CompactRIO硬件使用了具有實(shí)時(shí)功能的I/O模塊(不同的傳感器或協(xié)議有不同的模塊)提供工業(yè)級(jí)別的監(jiān)控解決方案。能夠滿(mǎn)足平臺(tái)特性：實(shí)時(shí)處理需求，工業(yè)監(jiān)控應(yīng)用，長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)間的通信設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)：內(nèi)部二次開(kāi)發(fā)。

數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)：內(nèi)部二次開(kāi)發(fā)。

邏輯性：依據(jù)檢測(cè)控制系統(tǒng)提供的壓力、溫度、流量、液位、重量等信號(hào)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，按照設(shè)定的公式進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，最終輸出被測(cè)試疏水閥的排水量P-Q曲線圖、漏汽率、最高工作背壓等。試驗(yàn)測(cè)試控制邏輯圖如圖6所示。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)及遠(yuǎn)程云視頻直播試驗(yàn)過(guò)程：現(xiàn)場(chǎng)安裝螢石云視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直播、數(shù)據(jù)共享的方式進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)客戶(hù)在異地遠(yuǎn)程同步實(shí)時(shí)視頻觀看型式試驗(yàn)的全過(guò)程，可以手機(jī)、電腦共享視頻，也可以線上視頻直接與現(xiàn)場(chǎng)操作人員交流。試驗(yàn)前，工作人員在試驗(yàn)管道、機(jī)房等關(guān)鍵地方安裝專(zhuān)門(mén)的螢石云攝像頭，真實(shí)記錄試驗(yàn)過(guò)程并同步上傳互聯(lián)網(wǎng)。試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)云連線，實(shí)時(shí)觀看試驗(yàn)過(guò)程、共享數(shù)據(jù)，確保試驗(yàn)的真實(shí)性、有效性、嚴(yán)肅性。

5 設(shè)計(jì)關(guān)鍵

該試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)是數(shù)字化監(jiān)控檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，選擇合適的工控編程語(yǔ)言，以縮短程序開(kāi)發(fā)周期，提高編程效率為原則；設(shè)計(jì)編寫(xiě)出可讀性強(qiáng)的程序，使操控人員能夠更快地讀懂新編的程序；為安全考慮，程序必須進(jìn)行加密、保護(hù)，采用某些特定的編程方式，讓不相干的人讀不了或讀不懂平臺(tái)專(zhuān)用程序。

該型式試驗(yàn)裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要由高溫高壓的壓力容器、熱交換器、高壓閥門(mén)和高壓汽水管路組成，在安全管理工作中是重大危險(xiǎn)源，在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)中必須設(shè)計(jì)采取多項(xiàng)連鎖和應(yīng)急措施，保證平臺(tái)裝置系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本平臺(tái)項(xiàng)目不但有鍋爐爐控設(shè)備，而且有集中監(jiān)控、操控、報(bào)警、曲線顯示、數(shù)據(jù)報(bào)表等要求。因此，單純使用LAD、FBD、STL等工具不能高效優(yōu)質(zhì)地完成任務(wù)，還需搭配SCL、CFC等編程工具。

SIEMENS的STL語(yǔ)言有較多二次開(kāi)發(fā)的指令，主要是面向CPU操作的語(yǔ)言，比匯編語(yǔ)言稍高級(jí)，是文本順序編程方式。它的優(yōu)點(diǎn)是：指令全，代碼精煉，體積較小，效率高，功能強(qiáng)大，編程靈活自由，能完成其他語(yǔ)言無(wú)法完成的工作，每條語(yǔ)句都能做獨(dú)立的注釋。它的缺點(diǎn)是：抽象，不容易理解，可讀性不強(qiáng)。有匯編語(yǔ)言經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)人員比較喜歡使用，比較適合用STL語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)和調(diào)用子程序。

SCL語(yǔ)言類(lèi)似Pascal語(yǔ)言，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，具有C語(yǔ)言的思想，屬于高級(jí)語(yǔ)言，做復(fù)雜數(shù)據(jù)計(jì)算和處理最佳；用作子程序的開(kāi)發(fā)也比較適合，特別適合熟悉Pascal語(yǔ)言的專(zhuān)業(yè)人員使用，主要使用在復(fù)雜數(shù)據(jù)處理的場(chǎng)合，編譯后生成S7程序才能使用。此語(yǔ)言工具需要單獨(dú)安裝，還需要獨(dú)立的授權(quán)。軟硬件邏輯圖如圖7所示，平臺(tái)控制系統(tǒng)圖如圖8所示。

基于數(shù)據(jù)的完整解決方案，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)共享與集成、數(shù)據(jù)分析與可視化、生成數(shù)據(jù)分析報(bào)告等，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備、研發(fā)、測(cè)試、產(chǎn)品試驗(yàn)數(shù)據(jù)等資源進(jìn)行科學(xué)高效地管理。

本平臺(tái)系統(tǒng)采用傳感器、帶通信功能的數(shù)字智能顯示儀表、RS485/RS232通信轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)和工控組態(tài)軟件完成試驗(yàn)過(guò)程自動(dòng)化測(cè)試、數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)的初步處理等任務(wù)。

二次開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的蒸汽疏水閥型式試驗(yàn)專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理軟件負(fù)責(zé)完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析和處理任務(wù)。

建立云數(shù)據(jù)中心，用好數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。研發(fā)測(cè)試數(shù)據(jù)資源整合和數(shù)據(jù)開(kāi)放共享。

6 試驗(yàn)調(diào)試

數(shù)字式測(cè)控一體化疏水閥型式試驗(yàn)裝置的電控軟件系統(tǒng)包含WinCC組態(tài)軟件和STEP7的STL語(yǔ)言編程軟件，這2款軟件均安裝在工控機(jī)上，工控機(jī)是上位機(jī)，WinCC畫(huà)面組態(tài)工程創(chuàng)建完成后存儲(chǔ)在上位機(jī)；STL語(yǔ)言程序編制調(diào)試完成后下載到PLC中，用于現(xiàn)場(chǎng)控制，PLC是下位機(jī)。上位機(jī)由通信卡與下位機(jī)的通信模塊連接，實(shí)現(xiàn)上、下位機(jī)的通信。使用時(shí)，根據(jù)GB/T 12251—2005《蒸汽疏水閥 試驗(yàn)方法》要求的具體內(nèi)容，在上位機(jī)屏幕上點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可完成對(duì)疏水閥的11種型式試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)保存，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化。在上位機(jī)屏幕上可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、重量和液位等物理量目標(biāo)值的設(shè)定、實(shí)時(shí)采集、A/D-D/A變換、邏輯與數(shù)學(xué)運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)分析等功能。

6.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

賬號(hào)登錄：高壓蒸汽疏水閥型式試驗(yàn)裝置是重大危險(xiǎn)源，每次啟動(dòng)工控機(jī)應(yīng)輸入正確密碼才可登錄運(yùn)行(見(jiàn)圖9)。

控制及試驗(yàn)項(xiàng)目：分為蒸汽制備和閥門(mén)測(cè)試兩部分。

試驗(yàn)裝置平臺(tái)基本設(shè)定條件：按國(guó)標(biāo)規(guī)定設(shè)定試驗(yàn)壓力Ps±1.5%、試驗(yàn)溫度ts±3%、試驗(yàn)時(shí)間Ts和負(fù)荷率RL。

6.2 調(diào)試及試驗(yàn)實(shí)例操作

以GH9-120型高壓杠桿浮球式疏水閥熱凝結(jié)水排量試驗(yàn)的實(shí)操為例，詳細(xì)描述具體試驗(yàn)步驟。

1)準(zhǔn)備工作：開(kāi)機(jī)前確保所有運(yùn)行設(shè)備處于完好和安全狀態(tài)，試驗(yàn)用蒸汽、熱水和壓縮空氣給排處于正常。安裝好測(cè)試用疏水閥GH9-120 DN100/PN160，調(diào)試及測(cè)試試驗(yàn)分低壓測(cè)試試驗(yàn)單元和高壓測(cè)試試驗(yàn)單元兩部分，≤2.0 MPa為低壓，>2.0 MPa為高壓，GH9-120型疏水閥的工作壓力范圍為0.01～12.0 MPa，調(diào)試和試驗(yàn)分別做2次低壓試驗(yàn)和2次高壓試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成壓差排量曲線，完成試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

2)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)，工控機(jī)已正常啟動(dòng)，系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)備完備，雙擊工控機(jī)桌面上的快捷圖標(biāo)，啟動(dòng)WinCC(見(jiàn)圖10)。

a.單擊WinCC運(yùn)行啟動(dòng)，顯示系統(tǒng)初始畫(huà)面(見(jiàn)圖11)。項(xiàng)目被激活，工控機(jī)屏幕右上角“通信狀態(tài)”出現(xiàn)“PLC與WinCC通信正常”，系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。

b.點(diǎn)選圖11中的“開(kāi)始試驗(yàn)”，彈出系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)圖(見(jiàn)圖12)。

c.單擊圖12中的“試驗(yàn)作業(yè)”，進(jìn)入型式試驗(yàn)流程及試驗(yàn)?zāi)Ｊ竭x擇畫(huà)面(見(jiàn)圖13)，依次單擊“試驗(yàn)用蒸汽制備”“低壓蒸汽疏水閥試驗(yàn)”“高壓蒸汽疏水閥試驗(yàn)”“壓差排量曲線及試驗(yàn)數(shù)據(jù)”各測(cè)試項(xiàng)，按GB 12251的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定完成測(cè)試過(guò)程。

d.單擊圖13中的“試驗(yàn)用蒸汽制備”，以制備試驗(yàn)用蒸汽和熱水(見(jiàn)圖14)：依次打開(kāi)代號(hào)V001、V004、V602和V009各閥門(mén)，其余閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，鍋爐產(chǎn)生的規(guī)定壓力蒸汽輸入至入口分汽缸、儲(chǔ)壓罐(罐內(nèi)初始已注入軟化水量為容積的30%)和出口分汽缸，當(dāng)儲(chǔ)壓罐壓力上升到2.0 MPa、溫度達(dá)到213.849 ℃時(shí)，關(guān)閉V602，完成低壓試驗(yàn)用蒸汽和熱水的制備。

e.單擊圖14中的“低壓蒸汽疏水閥試驗(yàn)”，出現(xiàn)圖15界面，依次打開(kāi)代號(hào)V602、V014、V402、V405、V207各閥門(mén)(其余閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài))，蒸汽輸入至低壓罐(罐內(nèi)初始已注入軟化水量為容積的30%)，當(dāng)壓力升到2.0 MPa、溫度213.8 ℃時(shí)，關(guān)閉代號(hào)V602、V014兩閥門(mén)，開(kāi)始低壓排量試驗(yàn)，試驗(yàn)用水通過(guò)被測(cè)疏水閥，經(jīng)代號(hào)V313或V413閥門(mén)流入計(jì)量桶或儲(chǔ)水池。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)逐一傳至控制系統(tǒng)且顯示于控制面版。當(dāng)?shù)蛪汗迚毫?.2 MPa時(shí)，重復(fù)上述方法步驟繼續(xù)試驗(yàn)，2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 低壓蒸汽下疏水閥排量試驗(yàn)簡(jiǎn)要數(shù)據(jù)表

f.單擊圖14中的“高壓蒸汽疏水閥試驗(yàn)”，出現(xiàn)圖16界面，依次打開(kāi)代號(hào)V602、V013、V302、V305各閥門(mén)(其余閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài))，高壓蒸汽輸入至高壓罐(罐內(nèi)初始已注入軟化水量為容積的40%左右)，當(dāng)高壓罐壓力上升到6.0 MPa、溫度276.68 ℃時(shí)，關(guān)閉代號(hào)V602、V013兩閥門(mén)，進(jìn)行高壓排量試驗(yàn)。試驗(yàn)用水通過(guò)被測(cè)閥，經(jīng)V313閥流入計(jì)量桶。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)逐一傳至控制系統(tǒng)且顯示于控制面板。當(dāng)?shù)蛪汗迚毫?.5 MPa時(shí)，重復(fù)上述方法步驟繼續(xù)試驗(yàn)，2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

g.分別單擊“高壓疏水閥”“低壓疏水閥”，相關(guān)出入口分汽缸壓力、儲(chǔ)汽罐壓力溫度及罐內(nèi)蒸汽和飽和水的壓力溫度、被測(cè)疏水閥的閥前后壓力溫度、穩(wěn)壓罐罐內(nèi)液位、背壓罐壓力及液位、計(jì)量桶和儲(chǔ)水池中介質(zhì)液位及上下部溫度、飽和水(或熱水)流量、蒸汽流量對(duì)應(yīng)的各數(shù)據(jù)以圖表形式顯示于控制面版(見(jiàn)圖17和圖18)。

雙擊圖15中的“壓差排量曲線”，連接A、B、C、D這4點(diǎn)并延伸至疏水閥最高工作壓力點(diǎn)和最低工作壓力點(diǎn)，以生成當(dāng)前被測(cè)疏水閥的排量曲線(見(jiàn)圖19)。

對(duì)于出現(xiàn)的緊急情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有“系統(tǒng)急?！焙汀板仩t急?！遍_(kāi)關(guān)用于緊急泄壓。

7 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)建設(shè)整套的高壓式疏水閥測(cè)控一體化試驗(yàn)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)運(yùn)行及測(cè)試效果表明，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。該平臺(tái)綜合了國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗(yàn)方法，提高了試驗(yàn)壓力及測(cè)試自動(dòng)化水平。重點(diǎn)討論了在組態(tài)軟件MCC平臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組態(tài)方法和數(shù)據(jù)處理軟件的具體實(shí)現(xiàn)方法，從而解決了非連續(xù)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分步采集和相對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)的處理問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)參數(shù)測(cè)試、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化。

“工業(yè)4.0”“中國(guó)制造2025”是大勢(shì)所趨，未來(lái)幾年將會(huì)步入智能工業(yè)的時(shí)代，傳統(tǒng)模式被淘汰只是時(shí)間問(wèn)題，轉(zhuǎn)型已成必然。

后續(xù)將探索使用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)等新技術(shù)展示測(cè)試新產(chǎn)品的項(xiàng)目。采用現(xiàn)代化工作方式來(lái)提高企業(yè)聲譽(yù)，提升客戶(hù)滿(mǎn)意度。以前，技術(shù)人員使用紙質(zhì)資料向業(yè)主講解新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而后采用PowerPoint進(jìn)行講解。今后，可通過(guò)3DEXPERIENCE平臺(tái)，在VR環(huán)境中演示產(chǎn)品設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方案。

未來(lái)將進(jìn)一步研發(fā)CFD仿真系統(tǒng)：采用Open FOAM仿真模擬系統(tǒng)軟件或Autodesk Simulation CFD仿真模擬系統(tǒng)軟件，進(jìn)行模擬流體流動(dòng)、高速湍流、換熱分析等，應(yīng)用可視化技術(shù)和3D技術(shù)，更方便地展示新產(chǎn)品的仿真測(cè)試過(guò)程及測(cè)試結(jié)果。