摘要：介紹了智能變送器，質(zhì)量流量計等智能儀表的原理、特點、性能，以及它們在工廠生產(chǎn)和能源計量中與DCS相結(jié)合的實際應(yīng)用。 關(guān)鍵字：分散型控制系統(tǒng)；HART手操器；科里奧利力 儀征化纖股份有限公司滌綸一廠主要生產(chǎn)聚酯切片和滌綸纖維，在生產(chǎn)裝置中采用了DCS。因為擴容改造生產(chǎn)能力大大提高，為保證生產(chǎn)過程穩(wěn)定，對控制系統(tǒng)進行了技術(shù)改造，對生產(chǎn)關(guān)鍵測控點和能源計量統(tǒng)計儀表也進行了更新?lián)Q代。采用智能儀表與DCS相結(jié)合，進行生產(chǎn)控制、管理、計量統(tǒng)計和各種數(shù)據(jù)報表打印等。下面主要以流量儀表為主，討論智能儀表在能源計量統(tǒng)計，生產(chǎn)過程測量控制中與DCS相結(jié)合的例子。 1 智能儀表在能源計量統(tǒng)計的應(yīng)用 該廠關(guān)口表是對進廠中低壓蒸汽、氮氣、壓縮空氣等能源介質(zhì)的瞬時量和累積總流量進行統(tǒng)計的儀表，是廠能源核算的重要依據(jù)。關(guān)口表原來采用1151差壓變送器進行流量測量，因壓力波動大，濕度大，環(huán)境溫度變化大等因素，投動率較低，不能保證長期穩(wěn)定地提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，造成計劃核算經(jīng)常超標(biāo)的問題。針對這種現(xiàn)象，提出采用智能1151與DCS結(jié)合的改造方案。經(jīng)過調(diào)研，最終選用羅斯蒙特公司的4臺1151Alphaline和1臺3051C智能變送器（3051C變送器用于3.5MPa蒸汽的流量測量）。 1.1 智能變送器工作作原理及特點 1）1151Alphaline智能變送器使用與普通型一樣的δ室傳感器，和代碼S的智能電路板。轉(zhuǎn)換電路線路板采用專用集成電路和表面封裝技術(shù)，接收傳感器的數(shù)字信號并進行修正和線性化處理。組態(tài)數(shù)據(jù)存儲在變送器線路板上的非易失性EEE-ROM存儲器中，即使變送器斷電，數(shù)據(jù)仍能保存。過程變量則以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)方式保存，可進行精確地修正和工程單位換算。 2）3051C智能變送器采用新型的共面?zhèn)鞲心ゎ^，具有奶高的靈活性，傳感器遠(yuǎn)離過程法蘭，移至電子外殼的頸部，從而實現(xiàn)了機械隔離和熱隔離。傳感膜頭還進行溫度測量，用于補償溫度影響。出廠測試時的數(shù)據(jù)和修正系數(shù)都存在傳感膜頭的內(nèi)存中，便于使用，在更換線路板時無需重新校驗或拆下獨立的儲存修正系數(shù)的PROM。傳感膜頭內(nèi)軒線路板用于將電容信號與溫度信號直接轉(zhuǎn)換為可供轉(zhuǎn)換電路板進一步處理的數(shù)字格式信號。 1.2 智能變送器與DCS組成測量回路 圖1給出智能變送器與DCS組成測量回路的簡單示意圖。 原來1151由現(xiàn)場配電箱提供24VDC供電，現(xiàn)在由控制室DCS供電，采用供電單元安全柵，進行供電隔離。然后這些信號組成AI點，送到DCS顯示，流量累積還需要DCS通過組態(tài)，進行壓力補償，完成真正流量顯示，流量累積。流量現(xiàn)場顯示改為中央控制室CRT顯示。 nbsp; 流量方程式如下。 2 質(zhì)量流量計在流量控制中的應(yīng)用 該廠聚酯生產(chǎn)采用五釜連續(xù)反應(yīng)生產(chǎn)工藝，產(chǎn)量大，反應(yīng)生產(chǎn)條件要求苛刻。10FQ-0034流量計用于測量聚脂生產(chǎn)原料配制料10V-04（EG給料槽）至10V-01（漿料調(diào)配槽）乙二醇的流量，屬主要控制點之一，它能否正常穩(wěn)定運行，直接影響到聚酯的酯化率，進而波及產(chǎn)品的質(zhì)量。為了能夠長期穩(wěn)定地生產(chǎn)，甕中捉鱉10V-04到10V-01的流量正常平穩(wěn)，根據(jù)聚酯生產(chǎn)工藝的要求，關(guān)鍵部位的EG流量變送器FT-0034要求測量精度高，能夠真實反映測量值，準(zhǔn)確地報警，故障率低，維護方便。經(jīng)調(diào)研最終選用E+H公司生產(chǎn)的質(zhì)量流量計。工藝流程簡圖如圖2所示。 2.1 控制系統(tǒng)組成 工藝要求EG作為主物料，PTA作為從物料，PTA與EG的摩爾比是不變的。為滿足以上要求，要求EG流量測量十分準(zhǔn)確，選用了質(zhì)量流量計。設(shè)計了由WFQRC-0039，F(xiàn)QRC-0034，DR-0047組成雙閉環(huán)變比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其框圖如圖3所示。SP是EG流量定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值，流量調(diào)節(jié)器FC-0034根據(jù)SP與流量變送器FT0034測量的EG實際流量值的差值來控制控制閥FV-0034的開度，從而調(diào)節(jié)EG流量。EG流量的測量信號經(jīng)過比值器WF-0039比值運算后作為PTA進料調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值，比值器中的比值系數(shù)根據(jù)密度計DT-0047測量的漿料密度是否偏離正常值來進行調(diào)整。從而改變WC-0039的給定值，使?jié){料密度值回到正常值。整個系統(tǒng)控制部分由DCS實現(xiàn)，細(xì)節(jié)不再詳述。測量部分由PTA，WT-0039，EG流量變送器FT-0034和y射線密度計DT-0047組成。 2.2 質(zhì)量流量計工作原理 質(zhì)量流量計是依據(jù)牛頓第二定律和科里奧利力而工作的。 E+H質(zhì)量流量計與一般質(zhì)量流量計不同的是在傳感器外殼中的振動管是直管型的。當(dāng)流體流入流量管時被強制接受流量管的垂直運動，這種將導(dǎo)致流量管的彎曲——科里奧利現(xiàn)象。安裝在流量管兩端的電磁信號檢測器檢測出振動產(chǎn)生的正弦波相位差，質(zhì)量流量的大小由這兩個信號的相位差來決定，當(dāng)沒有流體流過流量管時，流量管不產(chǎn)生彎曲，兩邊的電磁閥信號檢測的檢測信號是同相的。而當(dāng)有流體流經(jīng)流量管時產(chǎn)生流量管的彎曲，這一相位差直接正比于流過的質(zhì)量流量。在測量管進口側(cè)的管外壁上還裝有一個RTD鉑電阻，測量傳感器溫度送給變送器，用于溫度補償和修正。 3 智能儀表的安裝 1） 傳感器的安裝地點，主要考慮安裝現(xiàn)場環(huán)境的條件，如溫度、濕度、腐蝕性、振動等，盡量減小振動和溫度影響，遠(yuǎn)離電磁干擾源（電機、變壓器）。 2） 安裝傳感器時應(yīng)有固定良好的支撐，不能以傳感器及外殼做支撐。并將流量管固定，不能傾斜，以免產(chǎn)生虛假流量。 3） 對于不同的傳感器，根據(jù)要求確定是垂直還是水平安裝。 4） 嚴(yán)格按使用手冊要求進行電纜接線，確保接線正確并注意屏蔽。 如智能差壓變送器測量精度，與普通1151差壓變送器一樣，在很大程度上取決于變送器和導(dǎo)壓管的正確安裝。導(dǎo)壓管安裝不正確，造成導(dǎo)壓管不能夠精確地傳遞過程壓力。常見的原因：泄漏、磨擦損失、液體管道中有氣體、氣體管道中有積液、導(dǎo)壓管內(nèi)因溫度或其他因素造成的密度變化。如果安裝現(xiàn)場的環(huán)境條件與規(guī)定的條件有明顯差別時，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，盡可能減少附加測量誤差。在室外現(xiàn)場安裝儀表箱時，增加伴熱管，減小溫度對測量值的影響，防止冬天冷凝水結(jié)冰，凍壞變送器。 曾經(jīng)有一臺智能差壓變送器測量膜片未垂直安裝，產(chǎn)生了0.24KPa的零點誤差，電流達(dá)到3.148mA，HART手操器無法通訊。因此，正確安裝變送器十分重要，要求變送器校驗與使用的位置是一致的。 4 智能儀表的調(diào)試 智能儀表投用前，要認(rèn)真檢查傳感器與管道的連接、管道支撐、電纜接線、電源供電、變送器組態(tài)數(shù)據(jù)等無差錯后，方可送電調(diào)試、投運。 4.1 智能儀表可以通過通訊器進行人機對話，如3051C變送器通過HART（如275型）手操呂進行通訊，對儀表組態(tài)、測試。智能儀表組態(tài)由兩部分組成：一是設(shè)定變送器的工作參數(shù)，包括零點、量程、線性或平方要輸出、阻尼、工程單位等；二是信息數(shù)據(jù)，包括儀表位號、說明、信息、日期、法蘭類型、排液/排氣材料、O型環(huán)材料、遠(yuǎn)傳信息等。同時通過人機對話，可以對智能儀表的狀態(tài)、控制回路測試檢查，直接讀取數(shù)據(jù)，查找故障等。 4.2 智能變送器安裝完畢后，進行在線調(diào)試，主要進行零點調(diào)試和量程調(diào)試。1）同進按下“Span”及“Zero”5S，核對輸出確為4mADC。2）向變送器高壓側(cè)加100%滿量程輸入壓力（壓差）信號，輸出就為20mADC。按下“Span”5 S 以設(shè)定20mADC點，核對輸出確為20mADC。3）加0，25%，50%，75%，100%的上下行程的輸入壓力信號，記錄數(shù)據(jù)，計算被校表精度。 4.3 質(zhì)量流量計調(diào)試 質(zhì)量流量計安裝完畢后，進行在線調(diào)試，主要進行零點調(diào)試。安裝后第一次投用時進行現(xiàn)場零點調(diào)理，調(diào)零的必要條件是確保測量管內(nèi)充滿不流動的被測介質(zhì)。零點調(diào)試用“Display function”鍵調(diào)出“0，Rdjust”后再按“Set/一”鍵后待出現(xiàn)“Dens-Rdj”約30s后零點就自動檢驗完畢，即給出新的零點數(shù)值PIPO，用標(biāo)準(zhǔn)電流表測質(zhì)量流量計“16，17”兩端的電流是否在3.968～4.032mA 之間，如果不是則須重調(diào)試。零點調(diào)試好后，流量計投入運行后數(shù)字屏上可顯示出流量的瞬時值或累積值。質(zhì)量流量計的量程取決于直徑大小，一般不需要調(diào)試。 5 性能分析 5.1 經(jīng)濟效益分析 智能儀表經(jīng)該廠長期的運行表明，故障率很低，維護費用少，降低了運行成本。維護工作量很小，主要進行定期校驗。即使出現(xiàn)問題，也可通過手操器方便地查找故障，減少不必要的排廢。 5.2 技術(shù)先進性分析 智能儀表可動部件少，維護工作量很小，精度高，運行可靠。通過手操器對零點和量程的改變、設(shè)定、校正和調(diào)試都非常方便，具有很強的操作性和兼容性，調(diào)試方便，可多參數(shù)測量，測量范圍廣的特點。通過手操器進行變送器測試和回路測試，十分方便解決變送器和回路故障。如夏冬兩季用氣量相差很大，通過手操器對是量程改變十分方便，保證指示常用量在60%～80%之間。 另外質(zhì)量流量計實現(xiàn)真正高精度的直接質(zhì)量流量測量，是測出的量，而不是導(dǎo)出的量，有受其他物理量的影響。 5.3 存在問題分析 智能差壓變送器存在的問題：1）該表本身零點經(jīng)常漂移，但通過手操器十分容易校準(zhǔn)。2）測量蒸汽的表如果冬季伴熱不好，易結(jié)冰，凍壞膜頭。3）在室內(nèi)校驗時一定與現(xiàn)場安裝位置保持一致，否則產(chǎn)生較大的零點誤差。 另外智能儀表價格相對較高，增加了成本。高價格制約了其廣泛的使用，常常只作為重要測量點、控制點使用。 6 結(jié)束語 經(jīng)該廠實際使用表明，智能儀表在化工生產(chǎn)中有著廣泛的用途，也是今后現(xiàn)場儀表發(fā)展的必然趨勢。智能儀表和DCS結(jié)合的應(yīng)用，對節(jié)省原料、降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益有著重要意義。