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            孔板流量計累積流量與DCS顯示的不一致的研究與改進

            作者: 來源: 發布時間:2017-10-13 13:47:30

                   本文對孔板流量計和 DCS 的匹配問題上,實際上所有的數據都存儲于 Oracle 數據庫里。比如一個特定孔板流量計進行過的所有校準,每次校準的過程參數都在一次校準完成后自動儲存于數據庫并yongjiu保存。通過集成的報表程序,只要有孔板流量計的序列號就可以查找到它的任何校準數據并自動生成制定格式的報告。

             
            1  控制系統用于孔板流量計校準裝置的設計
                    對于孔板流量計校準的裝配范圍,PLC 的應用使用也很普遍,為了體現高度的自動化統計效果,一定要進行多重控制邏輯結合。集散式工業控制系統被用在流量裝置中,能體現控制能力的多樣性,把流量計校準裝置的控制系統展開了一個新局面。但同時有考慮到校準裝置的特殊性,各個組成部分的特性和計量性能的條件;為了讓系統的相關研究者更容易了解更加簡單明了,以下是對控制系統特點的概述。
             
            1.1 多線并形控制結構
            多管線組成系統布局圖
                    因為流量計的尺寸的多變化和流量計的速度變化,關于上游下游直管段長度的需求,一般大型的流量校準系統都是由多條管線并排構成的。我們經常見到的系統中也有很多集散式控制模式,但是都只能做到一次進行一條管線的校準。顯而易見,流量計尺寸的不同在進行校準時可以不同程度上對設備的使用率有所提高,對待量化生產的環境上也有很重要的作用。但是確實做到自動同時進行校準,對裝置組成和控制系統上有很高的要求。前提是要保證一個完善的系統然后要保證每條管線必要也要配有控制系統。控制系統一般表現為實時運行的步驟,同時包括著控制系統的邏輯以及多種多樣的實時通信模塊,其占據系統資源面積也大,也同時也對計算機系統運行有較高的條件。針對校準的裝置,一共有 11 條管線,每條管線都有閥門、換向器、水箱等等來組成的獨立回路。回路又是由一個單獨的服務器來控制系統,其系統的構建不但保證了每條管線控制的響應時間,而且還能使每一個管線校準的過程不會因為其他問題的錯誤產生而改變,zui為核心的是可以為多管線組成系統提供了一定的有力條件,使多管線組成系統更高層的、更自動化的統一。如圖 1 系統布局圖所示。
             
            1.2 動力、標準器資源的分配,跨線連通的實現
                    校準裝置可以把資源分為三個部分,其中有動力部分和標準部分以及校準管線 1-11 跨線聯通控制。動力部分所包括的 11 條管線,11 條管線中又含有提供流量的立式渦輪泵和馬達還有變頻器,都是由一個服務器控制。標準器部分也是有一個獨立的服務器來控制的,其中還包括這 16 個連接到各個條管線中的科里奧利質量流量計和下游的控制閥門以及 9 臺秤等等。每一條校準管線都是由一個服務器來控制的,相對應的管線還包括閥門和溫度以及傳感器等等。跨線連接控制是上游和下游管線之間的位置,都是相互連接的閥門,zui主要還能控制標準器資源之間的信號流更換。圖 2 標準器資源之間連接信號流切換示意圖。
            標準器資源之間連接信號流切換示意圖
                    如圖 3 所示,每一條管線橫向連接和它們之間的縱向連接組成。每一條橫向連接管線的左邊代表某一個尺寸的校準管線,右邊代表標準器資源。Gxx_Rxx 為決定當前管線和其配對的標準器資源是否建立連接的開關,Gxx_Rxx 為決定是否建立當前管線與其他標準器之間連接的開關,其功能由相應的繼電器電路實現。同理,上游的不同功率的水泵也可以利用相同的原理和各個管線進行配對。
            上游和下游連通閥門示意圖
                    由此可見,理論上這種分配的方法使得任何管道可以和任何動力和標準器實現配對,zui大化的利用系統資源來滿足各種苛刻的校準或驗證需要。
             
                    另外,這樣的功能實現了更寬的量程比。對于使用換向器的靜態稱重法來說,必須解決在更寬的量程比下,在達到極端流量時噴嘴水流的匯聚性、穩定性。為此該系統創新的使用了雙噴嘴設計。雙噴嘴結構由位于主干路線上連接大控制閥的大噴嘴和從主干管路分支出來的連接小控制閥的小噴嘴組成。在小流量下,使用小噴嘴;當流量上升使得管路中壓力不成比例上升時,關閉小噴嘴,使用大噴嘴;同理當流量zui大時,同時使用大小噴嘴。由于應用了這樣的設計,根據實驗數據,每個標準器都可以達到25︰1 的量程比。
             
            1.3 稱重法和標準法混合系統的控制個管理
                    校準裝置是一個可以同時使用標準表格換向器的稱重法的混合系統。每一條管線的下游范圍都是連接著一個以上的科里奧利質量流量計。對于尺寸的不同都有取得認證的流量區域,然而不同標準表的單獨或是組合使用時,都要進行標準校準模式的考慮是不是大量程比的需求。
             
                    稱重模式下,換向器的光電感應器同步信號,對開關的信號要使用水箱里的水質量,另一方面則使用起止待測表累計脈沖計數。
             
                    標準模式下,同步信號并非由任何物理設備觸發,而是由標準的服務器進行操作。此信號分為兩路:一路主要是控制標準表的計數器的開關,二路主要是控制待測表脈沖計數的開關。依據以太網通信,系統動力控制、標準器控制和聯通控制服務器為共享資源,可以被管線服務器訪問;而管線服務器直接無必然聯系,所以不可互訪。所以對于操作者來說,任何一條管線的控制系統都可以通過適當的路由虛擬的調用任何共享資源,在更寬范圍的量程范圍內進行孔板流量計校準。
             
            1.4 雙擊時脈沖插補計數器的應用
                    脈沖計數的不確定度貢獻在校準系統的綜合不正確度合成里處于可以忽略的量級。這就要求一次校準的脈沖總數大于 20000個。
             
                    雙計時脈沖插補是利用兩個高速計時器和相應的開關邏輯,在檢測器信號和孔板流量計脈沖的控制下,將脈沖計數分辨力由整數計數提高為整數脈沖加上小數的技術。將它應用于校準系統的待測表脈沖計數中,可以保證在脈沖量不足的情況下,系統對于待測表脈沖計數的不正確定度也能小于 0.01%。關于雙計時脈沖插補計數的實驗論證,美國石油學會的石油測量手冊中詳細描述了雙時差脈沖插補計數實驗的過程和結果。
             
            1.5 變送器自動識別及自動組態功能的實現-HART-以太網鏈路
                    校準裝置系統是一個主要功能是借助 Oracle 數據庫的支持,實現與多種孔板流量計變送器的智能通信,從而根據不同技術,不同尺寸的孔板流量計和校準裝置的特點,出來自動的進行組態,還可以靈活的在不同流量下自動設定zui優過程參數。變送器有本安型和普通型,要求校準系統能根據不同類型來變換連接方式。艾默生電氣系統接口電路能智能檢測出類型,從而決定是否給相應的變送器的模擬和脈沖回路供電。數據庫的廣泛應用也對該系統能夠識別和校準多種流量計發揮了重大的作用。當用戶把一個電磁變送器接入系統時,系統能夠很快的識別,利用 HART 命令讀取變送器內與校準相關的參數,或者進行組態;當校準完成,開始驗證以前,能將校準系數寫入變送器,并于不同流量點設定系數,完成驗證。當非 HART 通信協議的變送器需要與流量管連接一起校準時,系統可以利用其 FIELDBUS/PROFITBUS-HART 轉換器將其他信號轉換為 HART 與系統通信。
             
            2  結論
                    校準裝置有著許多創新的設計,應用了前沿的技術,同時結合了豐富的過程控制經驗和對流量計量的深刻理解,是當今校準裝置設計不可多得的范例之作。雖然此裝置尚存在改善空間,比如根據流量和擴展不確定要求對標準器的自動選擇,但其設計體現的概念和意圖體現了很高的技術水平,給裝置的發展指明了方向。
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