[发明专利]一种计量罐自动检定装置与方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种基于容量比较法的计量罐自动检定装置与方法，特别是基于PC的软PLC的控制方法、液位图像测量方式及检定用的电磁阀套组装置。

技术背景：

液位图像测量与控制涉及图像处理与自动化控制技术，传统的计量工作靠人眼观测、手工操作，存在手动阀泄漏，计量精度难以保证的问题，计量自动化可以使工作人员通过远程观测和操控来完成计量工作，解放了生产力。它能为需控制液体高度的连续作业提供实时计算的液位数据，并通过中心控制系统到达理想的位置，具有实时性高、非接触式、远程可视化监控等自动化操作的特点。

计量罐自动检定与控制系统由三大部分组成，第一部分是中心控制，包括标准罐体CCD及光源的切换、各类传感器的数据获取及各类泵体、电磁阀等的控制。第二部分是液位的获取，它集中了机器视觉中所需的硬件装置及软件各项功能，如系统的标定、图像边缘提取、泄漏分析、图像数据显示、数据传输等。第三部分是水循环系统包括电磁阀套组、液体传输管路等，完成计量罐内液体的进出。

计量罐检定是一个对可靠性和精度要求较高、检定对象多目标的系统，由于受计量罐及计量标尺的精度限制，供观测的连通直管为透明细长玻璃管()，在计量罐头颈部，如果液位提升速度过快，可供图像处理观测判定的时间较短，所以希望通过的液体流量近可能小，而在非计量罐头颈部分，则希望通过的液体流量近可能大，以保证计量的时效性好。同时，为保证等量的液体体积传递给下等的计量罐，需要管路中无残留或阀门无泄漏，以保证计量的精度高。所以待观测的目标玻璃管内的液位图像质量、液位提升速度及系统控制方式，对于保证检定精度的实现起至关重要的作用。

经文献检索发现，液位测量可分为两大类：接触式和非接触式。接触式包括压差式、电容式、电导式、位移式、浮标式、光纤式等。非接触式包括超声波式、激光式、雷达式、核辐射式、基于图像传感器的光电测量式等。由于本系统中容量检定是精度较高的液位测量，不能采用接触式，而且计量罐本体是金属结构，只在顶部有连通的玻璃管和液位标尺，一般的液位检测仪表及其检测方法均不能满足检测要求或者根本无法使用。

为了打破以前各PLC生产厂商的产品相互不兼容的局限性，国际电工委员会(IEC)推出了一个关于PLC编程方向的国际性标准IEC1131。按照这个国际标准，充分利用现代计算机的硬件及软件资源，全部用软件来实现传统PLC功能，这就是软PLC(SoftPLC)或者软逻辑(SoftLogic)技术。软PLC是一种基于PC机开发结构的控制系统，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。软PLC同时又是一个高附加值和高技术含量的产品，尽管国内外已经做了大量的基础研究并有相关的产品出现，但是将其具体应用于工程项目的还不多。随着国家计量检定标准的逐渐提高和相关硬件技术的发展，计量罐在实际检定过程中可能需要根据检定对象规格的不同和扩充进行相应更改，而且也可能需要对原有流程进行更改，而软PLC的灵活性和开放性正好能够满足这种要求。

经文献检索发现，吴凤凰应用软PLC技术对三容液位实验装置进行液位控制，但系统建立在手动控制阀门基础上，而且液位平稳时间较长；ELLIOTT K D等公开了一种基于PC和PLC的管道流量控制系统，卢剑介绍了开发PLC液位测控系统的实现方法，但未涉及使用图像处理的方法检测容器内的液位；周兵、秦健分别研究了将组态软件和PLC控制软件共同应用于气体计量检定或液位PID控制系统，但都未涉及软PLC及基于图像处理的计量罐液位标定。

发明内容：

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种计量罐自动检定装置与方法，该装置和方法可满足多种规格计量罐的自动化检定的需要。

为达到上述目的，本发明的构思如下：在水循环中，为了提高标准计量罐进水效率，同时也便于液位控制，采用大、小流量阀分开进水的方法，首先通过大电磁阀快速进水，然后用小电磁阀慢速进水。大流量电磁阀快速进水与小流量电磁阀慢速进水的切换点是流量计累积流量达到量器有效容积的95％时，由于的容积是通过标准计量罐玻璃水位管处的液位进行标定的，给其进水时必须使最终稳定后的水位保持在标定高度的±0.2mm内。所以第二阶段对的控制是根据CCD摄像头对玻璃水位管处液位实时采集形成反馈来进行的，这也是进水能否顺利实现的关键所在。这一阶段对进水的控制具有被控流向不可逆的特点。一旦液位超出了设定范围上限，该次检定就认为无效。