淺談流量測量在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

流量 、壓力、溫度是檢測物體的三大參數(shù) ， 被廣泛應(yīng)用于測量中。隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展， 各類自動化控制系統(tǒng)對流量測量的要求日益提升， 流量儀表 獲得了廣泛的應(yīng)用 。

過程控制對流量測量儀表的要求

流量儀表廣泛應(yīng)用于過程控制，流量儀表在過程控制中的作用是對密封管道中的流體流量進行檢測，必要時還將流量測量儀表與調(diào)節(jié)儀表、執(zhí)行器等組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將流量穩(wěn)定在合適的范圍，從而實現(xiàn)過程的穩(wěn)定性。流量測量儀表在過程控制中擔(dān)當(dāng)這樣一個特定的任務(wù)，因此需要滿足一下一些要求。

1、性能穩(wěn)定

①流量測量儀表的輸出應(yīng)具備良好的穩(wěn)定性，如果流量信號本身有噪聲，應(yīng)可通過表內(nèi)的阻尼調(diào)整，使示值穩(wěn)定到便于讀數(shù)。在與調(diào)節(jié)器組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，應(yīng)使調(diào)節(jié)器輸出無明顯振蕩。

②流量測量儀表表示值的環(huán)境溫度影響應(yīng)在規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)。

③儀表應(yīng)具有良好的長期穩(wěn)定性。

2、可靠性要求

①儀表應(yīng)具有高度的可靠性.現(xiàn)代工業(yè)裝置趨向于大型化的連續(xù)過程,儀表故障容易導(dǎo)致過程的不穩(wěn)定，而對安裝在管道上的流量計一旦發(fā)生故障，又不可能為了修理特地將流程停下來，因此儀表制造和系統(tǒng)設(shè)計都要首先考慮可靠性，包括用于溫度補償?shù)臒犭娮璧目煽啃?。有些儀表制造商對相比之下容易發(fā)生故障不便維修的部件實行雙重化。也有一些制造商設(shè)計了在不斷流條件下更換傳感器的方法。有的電磁流量計制造商提供了不斷流更換電極的方法和工具，這些都為提高可靠性創(chuàng)造了良好的條件。

②故障診斷。儀表一旦發(fā)生故障，故障診斷部分應(yīng)能自動提示發(fā)生故障的部位和故障性質(zhì)，以便維修者縮短排除故障的時間。在儀表數(shù)字通信的方法將診斷信息送入計算機后，計算機可對儀表的運行狀況進行監(jiān)視，在儀表故障時發(fā)出報警信號，并顯示故障內(nèi)容，甚至采取必要的安全措施。

3、抗干擾能力強

①抗振動干擾能力。

流量傳感器大多安裝在管道上，現(xiàn)場環(huán)境條件較惡劣，其中振動式一大干擾，所以流量傳感器、轉(zhuǎn)換器等都應(yīng)有較強的抗干擾能力。有些渦街流量計和科里奧利質(zhì)量流量計就是因為抗振動干擾能力不夠理想，在現(xiàn)場用不好，出現(xiàn)“無中生有”和“示值偏高”等現(xiàn)象。

②抗射頻干擾能力。

在安裝流量計的工業(yè)現(xiàn)場有多種干擾源，例如廠房內(nèi)的行車開過，鏟車開過或附近有人使用對講機，都會引起某些流量測量儀表示值升高，這是因為行車中的電器、鏟車的火花塞發(fā)出的射頻電磁波，對講機天線發(fā)出的射頻電磁波經(jīng)某些途徑進入儀表，干擾其工作。近幾年，人們對射頻干擾影響開始重視起來。測量儀表增設(shè)射頻干擾影響指標(biāo)，并采取很多措施提高抗干擾能力。

4、影響時間短

有許多流量測量儀表與調(diào)節(jié)器等一起組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)，要求流量測量儀表的響應(yīng)時間在1s以內(nèi)。在流量定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，流量測量環(huán)節(jié)的總時間常數(shù)如果大于1s，就可能對調(diào)節(jié)品質(zhì)產(chǎn)生明顯影響，嚴(yán)重時導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，無法工作。

5、輸出信號的多樣性

①模擬輸出。

流量測量儀表應(yīng)有4~20mA的模擬輸出，而且應(yīng)有恒流特性。

②頻率輸出。

流量變送器（轉(zhuǎn)換器）用頻率將流量信號傳送到顯示儀表或調(diào)節(jié)器，可以基本不損失精que度，這是這種方法的突出優(yōu)點。

③數(shù)字量輸出。

流量測量儀表RS485之類的通信口與計算機連接，在zhuan用軟件的支持下，不僅可將流量測量儀表測量到的各種參數(shù)傳送到計算機，將故障信息和有關(guān)組態(tài)數(shù)據(jù)、表征儀表狀況的有關(guān)數(shù)據(jù)傳送到計算機，而且可以通過計算機在控制室修改現(xiàn)場儀表的組態(tài)，進行檢查、校驗、維護和管理等各項工作。

流量檢測與流量儀表的使用

流量測量是工業(yè)測量的常見方法，在工業(yè)控制領(lǐng)域 ，如電力 、冶金 、化工 、石油、食品等行業(yè)，獲得了廣泛應(yīng)用 。凡涉及質(zhì)量互變的過程，都需要用到流量測量，流量儀表是進行流量測量的工具，根據(jù)測量原理的不同，測量儀表可以分為很多種類，隨著現(xiàn)代測量方法的發(fā)展，流量儀表也從最初的差壓式、容積式 、電磁式等逐漸發(fā)展，不僅結(jié)構(gòu)更加簡潔，功能也日趨多樣 。流量儀表測量的精que與否，直接關(guān)系到工業(yè)控制過程的正確 、穩(wěn)定實現(xiàn)，與我國國民經(jīng)濟發(fā)展有著直接聯(lián)系，所以，掌握常見流量儀表的原理，了解典型流量儀 表在自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，對提高工業(yè)自動化水平和儀表裝備水平具有重要意義 。

流量儀表在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、流量計在油田自動化計量系統(tǒng)中的應(yīng)用

油田是應(yīng)用流量計最wei廣泛的行業(yè)之一 ， 主要用于產(chǎn)油量計量 、統(tǒng)計和分析，測量油井日采出量等，*的計量和工藝技術(shù)有利于及時了解油田開發(fā)情況和油井儲層變化情況，分析油氣生產(chǎn)變化的動態(tài)，進一步指導(dǎo)油田開發(fā)方針。在油田的分隊計量中，采油獲得的原始來液首先經(jīng)過三相分離器分為三部分，一部分經(jīng)過調(diào)節(jié)閥后去壓氣站，一部分經(jīng)過電磁流量計去沉降罐，還有一部分經(jīng)過質(zhì)量流量計去緩沖罐 。

圖 1 中，油水混合液經(jīng)過質(zhì)量流量計傳感器采集油管內(nèi)的流量 、溫度和密度等參數(shù)信號，上送處理器，通過相關(guān)的微機算法，將采集到的原油和水分的相關(guān)參數(shù)進行分析計算，再經(jīng)過變送環(huán)節(jié)，通過TCP／ IP以太網(wǎng)通訊，上送監(jiān)控主機，完成對數(shù)據(jù)的顯示、存儲、報表、打印等綜合管理功能，實現(xiàn)對多臺油水計量系統(tǒng)的監(jiān)控 。

此外，在油田的轉(zhuǎn)井現(xiàn)場，針對深井普遍存在的高密度和重材料浪費問題，通過流量計傳感器采集和分析鉆井液黏度 、 密度和離心機性能參數(shù)的變化，經(jīng)過控制系統(tǒng)計算得出離心機的工作轉(zhuǎn)速和相應(yīng)處理量后，通過計算機輸出控制，來建立控制系統(tǒng)流程，能夠有效提升重材料的回收利用率 ，節(jié)約重材料的使用費用 。

2、流量計在電廠工藝系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用于鍋爐送風(fēng)工藝

電廠鍋爐管道

在電廠鍋爐中，流量計主要用來測量空氣 、蒸汽、鍋爐送風(fēng)等的流量 。最wei常用的流量計為旋渦流量計 。旋渦流量計使用速度式原理，采用有規(guī)律的旋渦剝離現(xiàn)象來進行流量的測量，當(dāng)蒸汽、風(fēng)力等流體流過流量計的傳感器時，能夠在前部產(chǎn)生壓力大于管道靜壓的高壓區(qū)，當(dāng)流體流經(jīng)管道的加速段時，產(chǎn)生壓力小于管道靜壓的低壓區(qū) ， 并在低壓區(qū)的后部形成 一個有旋渦的真空地帶 ， 這樣就形成了壓力波動，其波動的頻率與氣體的流量成正比，所以通過測量這個振動頻率并經(jīng)過相應(yīng)的換算和補償，能夠計算出流體的流速 。

以旋渦流量計在鍋爐送風(fēng)流量中的測量為例，鍋爐的送風(fēng)流量是體現(xiàn)熱電廠鍋爐和風(fēng)機運行狀態(tài)的重要參數(shù)之一，其對鍋爐燃燒的 自動控制系統(tǒng)控制有重要作用，實際電廠的送風(fēng)管道多為矩形截面，常規(guī)的流量計很難進行精que的測量， 使用旋渦流量計具有較好效果。

使用旋渦流量計進行鍋爐送風(fēng)流量測量時，由傳感器 、轉(zhuǎn)換器 、控制中心組成鍋爐送風(fēng)測量系統(tǒng)，其中傳感器包括旋 渦發(fā)生體和旋渦檢測器兩部分，主要用來進行鍋爐送風(fēng)流量的測量并將之轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的頻率信號，該頻率信號在轉(zhuǎn)換器中進行整形和放 大，并輸出4 ～20mA的直流控制信號，送至控制中心， 進行待測送風(fēng)流量的顯示 、記錄和分析，作為電廠鍋爐運行狀態(tài)的重要參考 。

使用旋渦流量計進行鍋爐送風(fēng)流量的測量時，應(yīng)注意儀表量程的選擇和溫度與壓力的補償問題 。將被測流體的常用流量控制在旋渦流量計的1／ 2 ～2 ／ 3 范圍內(nèi)，可確保旋渦流量計的精度誤差在允許范圍內(nèi)，同時，還要選擇合適的溫度和壓力測量儀器與旋渦流量計相配套，以建立精 密 、準(zhǔn)確的鍋爐自動化控制系統(tǒng) 。隨著計算機和微電子技術(shù)的發(fā)展，智能型旋渦流量計已經(jīng)獲得普及， 具有流量校正和自診斷功能，能夠根據(jù)電廠鍋爐的運行工況進行更加靈活的控制，并對誤差進行修正，技術(shù)更加成熟 。

2.2 應(yīng)用于煙氣脫硫工藝

電廠脫硫脫硝設(shè)備

流量計在電廠煙氣脫硫工藝中也有廣泛應(yīng)用，電廠的煙氣排放由于粉塵大 、溫度高，且具有一定的腐蝕性，同時電廠鍋爐的風(fēng)煙道存在紊流和旋流 ，不利于流量計的準(zhǔn)確測量 ，所以需要設(shè)置多個測點來計算平均值 。電廠流量測點眾多， 包 括一次風(fēng)、二次風(fēng) 、人爐氣體 、 脫硫煙氣等， 給電廠的煙氣檢測帶來 了一定的難度。應(yīng)用于脫硫的煙氣流量計采用了*的原理，基于熱擴散原理， 根據(jù)流體流過傳感器RTD時的溫度差與流量的關(guān)系，轉(zhuǎn)換為線性輸出的流量信號，結(jié)合zhuan用的流量數(shù)據(jù)模型和模糊控制理論，輸出控制信號， 通過zhuan用的電荷感應(yīng)式探針和刮掃裝置來完成系統(tǒng)控制 。

3、流量計在污水處理工藝系統(tǒng)中的應(yīng)用

制藥廠的污水處理系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，城市污水處理的重要性日益提升 。在實現(xiàn)了 自動化的污水處理廠中，流量計也獲得了廣泛的應(yīng)用 。污水中含有大量的懸浮物、 廢水 、雜質(zhì) 、病菌等， 不同監(jiān)測點對流量計的需求是不同的 ，電磁流量 計 、超聲波流量計等都有應(yīng)用，超聲波流量計因其精度高、集成度好 、體積小等優(yōu)點， 近年來獲得了更多應(yīng)用 。

以超聲波流量計在污水處理中的應(yīng)用為例，通過超聲波流量計與巴氏計量槽相配合，監(jiān)測出水流量 ，控制進水流量和超越閥門，實現(xiàn)對污水處理的流量控制，在超聲波的流量自動控制系統(tǒng)中，超聲波傳感器檢測流量信息， 根據(jù)測量零位置到傳感器測量膜片和滿量程之間的距離，得出實際的污水流量對應(yīng)的高度 ，并將之送到控制系統(tǒng)的中央微處理器 ，經(jīng)過換算輸出 4～20 mA 的脈沖信號 ， 上送中央控制室的可編程控制器 ， 經(jīng)過通訊后在管理機顯示，包括流量的瞬時值 、最大值 、最小值 、平均值等信息， 支持流量統(tǒng)計和打印， 并根據(jù)故障判別邏輯。

當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)故障或流量異常時， 輸出報警信息， 提示運行人員通過調(diào)節(jié)進水閥門和超越閥門進行流量控制，從而滿足污水處理工藝的生產(chǎn)要求。更*的控制系統(tǒng)可以將流量作為一個變量， 輸入到中央控制室的PLC中，直接進行程序運算并控制進水閥門和超越閥 門的變化量，同時將進水閥門和超越閥門更改為電動驅(qū)動，就不需要運行人員再進行控制，進一步提高了系統(tǒng)的工作效率 。

除了上述領(lǐng)域，流量計在脫硫工藝 、直流供 電、 煤氣化廢水處理 、能源計 量、環(huán)境保護等方面都有大量運用 ， 遍及工業(yè)生產(chǎn)各個能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié) 。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的不斷提升 、計算機微電子技術(shù)的飛速發(fā) 展 ， 流量計從機械式向電子技術(shù)式發(fā)展，新 型流量計不斷出現(xiàn)，流量計在我國國民經(jīng)濟 中發(fā)揮的作用也越來越大 ，具有良好的發(fā)展前景 。

(來源：網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者)