【儀表網(wǎng) 本站速遞】11月17日，由儀表網(wǎng)主辦的2023視儀會·秋季展圓滿落幕，開展期間，儀表網(wǎng)推出五大榜單評選活動，以直播促進品牌推廣，展現(xiàn)企業(yè)風(fēng)采，評選出觀眾心目中的好直播、好品牌、好產(chǎn)品。上海科洋科技股份有限公司(以下簡稱“上海科洋”)《標(biāo)準(zhǔn)孔板、4孔孔板及A+K平衡流量計仿真模擬對比實驗》以17730的直播觀看量進入2023視儀會最受歡迎直播榜TOP3！
 

　　龐寶新 陳寧 汪新
 

　　(上海科洋科技股份有限公司，上海 201501)

 

　　摘 要：質(zhì)量型平衡流量計的現(xiàn)場應(yīng)用，替代了傳統(tǒng)的平衡差壓節(jié)流裝置、差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器和流量計算機等的多部件組成，直接輸出補償后的質(zhì)量流量信號，而用戶仍希望能夠?qū)⑵錅y量到的其他信號給予輸出至客戶系統(tǒng)或數(shù)字信號遠傳。本文分別闡述了將質(zhì)量型平衡流量計通過HART將多個參數(shù)傳輸至用戶系統(tǒng)的方法、通過HART轉(zhuǎn)換器進行解碼以多路電流信號輸出的方法和將流量計HART信號轉(zhuǎn)換成MODBUS RTU輸出三種方法。
 

　　關(guān)鍵詞：平衡流量計 多參量 輸出 應(yīng)用
 

　　1 前言
 

　　差壓式流量計在世界范圍內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)采用節(jié)流原件、差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器和流量積算儀進行流量的運算和補償計算，隨著科技的進步，多參數(shù)流量變送器能夠替代傳統(tǒng)的配置，僅一個流量變送器可測量差壓、壓力、溫度并進行具有補償功能的流量運算，使流量測量變得簡單。作為差壓式流量計行業(yè)最具性能優(yōu)勢的平衡節(jié)流技術(shù)與流量變送器有機結(jié)合，形成了質(zhì)量型平衡流量計并出現(xiàn)在用戶面前。然而工業(yè)現(xiàn)場用戶希望將質(zhì)量型平衡流量計測得的壓力、溫度和計算得到的流量、累計流量等參數(shù)進行輸出，以節(jié)省系統(tǒng)測量點。本文討論幾種將質(zhì)量型平衡流量計測得多個參量輸出至用戶系統(tǒng)的方法。
 

　　2 多參量輸出至用戶系統(tǒng)的方法
 

　　質(zhì)量型平衡流量計通常是4-20mA+HART的輸出方式，模擬量4-20mA通常代表瞬時流量，而HART作為數(shù)字通訊協(xié)議，是疊加在4-20mA信號上的1200HZ和2200HZ分別代表1和0位值的信號，而不會對模擬量信號造成任何干擾。可帶載多個參數(shù)變量進行實時傳輸。而如何接入用戶系統(tǒng)主要取決于用戶系統(tǒng)的配置情況。
 

　　(1)DCS模塊具有HART采集功能直接輸入
 

　　控制系統(tǒng)常規(guī)AI采集模塊采集4-20mA模擬量作，僅將HART作為儀表調(diào)試來用，一般在用戶現(xiàn)場僅僅用手操器進行通訊讀取信息和調(diào)試，而在具有資產(chǎn)管理功能的系統(tǒng)模塊支持HART數(shù)字量采集的情況下，可以對變送器單元進行HART數(shù)字通訊，采用3號HART通用指令讀取第一變量、第二變量、第三變量和第四變量，作為流量變送器這四個變量可以是瞬時流量、差壓、壓力、溫度、累計流量等變量當(dāng)中的四個，但這四個變量的內(nèi)容和順序是可以在變送器的配置中進行組態(tài)的，以適應(yīng)實際需要。HART數(shù)字傳輸避免了傳輸過程中AD和D/A轉(zhuǎn)換所帶來的精度損失，可以實現(xiàn)無損傳輸，其精度優(yōu)于模擬量傳輸。
 

圖1 DCS HART采集示意圖
 

　　下面列舉了常見幾個支持HART通訊的DCS廠商和設(shè)備：
 

　　a)Emerson： DeltaV系統(tǒng)可采用AI 8 channel 4-20mA HART或AI 16 channel 4-20mA HART模塊在模擬量采集的基礎(chǔ)上可以進行數(shù)字采集。可采用AMS軟件對現(xiàn)場所有hart設(shè)備進行管理。
 

　　b)Honeywell ：PKS系統(tǒng)C300 I/O控制器的4-20mA模擬量采集卡支持4路HART采集功能。
 

　　c)FOXBOR: FBM214 8通道HART通訊輸入接口組件 8 HART輸入；
 

　　FBM216 冗余8通道0-20MA/HART通訊輸入接口組件 冗余8AI/HART輸入。
 

　　d)Hollysys：SM480 8路電流模擬量輸入帶 HART功能模塊
 

　　其他廠家的系統(tǒng)模塊未全部列出，敬請諒解。
 

　　湖北潛江某空分項目為了提高氧氣測量精度，采用了EJX110A差壓變送器，該變送器可直接測量差壓和壓力，流量計算和溫壓補償在流量計量箱中進行，該流量計量箱的核心部件流量計算機是與變送器進行HART通訊采集的FC6000H，該項目中采用了兩套A+K平衡流量計并配套了上述HART通訊的流量計算機，直接讀取差壓和壓力信號，避免了電流傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換偏差、信號誤差和信號干擾問題。自投運后一直穩(wěn)定運行。
 

圖2 潛江現(xiàn)場安裝圖
 

　　(2)采用轉(zhuǎn)換器進行HART解碼以多路電流信號輸出
 

　　在系統(tǒng)不具有HART信號通訊采集功能的時候，AI僅具有4-20mA或1-5V的輸入，而變送器只有一路4-20mA輸出，并且其電流一般代表瞬時流量，若要讀取其HART帶載的其他信息可采用HART多路轉(zhuǎn)換器進行信號轉(zhuǎn)換和輸出。通過轉(zhuǎn)換可以實現(xiàn)最多三個額外變量以模擬量進行輸出，常規(guī)第二變量為差壓，第三變量為壓力，第四變量為溫度信號。具體第二、第三、第四變量所代表的含義由變送器配置軟件進行配置決定，可以代表差壓、壓力、溫度、熱量等參數(shù)中的三個。
 

圖3 HART轉(zhuǎn)換成模擬量傳輸示意圖
 

　　表1 HART轉(zhuǎn)換器

 

　　在珠海某電廠至熱力公司的蒸汽的管路中，采用具有補償功能的質(zhì)量型平衡流量計進行計量，需要通過GPRS將數(shù)據(jù)無線遠傳給熱力公司，同時信號需要接入電廠系統(tǒng)進行顯示，但在電廠系統(tǒng)僅支持4-20mA的電流接入，因此采用了一個轉(zhuǎn)換器將HART信號轉(zhuǎn)換為MODBUS RTU用于接GPRS進行遠傳，同時將HART信號解碼為三路4-20mA的信號，分別代表瞬時流量、壓力和溫度，至目前為止，已穩(wěn)定運行了十余年。
 

圖4 珠海項目轉(zhuǎn)換及遠傳
 

圖5 珠海項目現(xiàn)場安裝圖
 

　　(3)將流量計的HART信號轉(zhuǎn)換成MODBUS RTU輸出
 

　　MODBUS RTU是系統(tǒng)常規(guī)使用的數(shù)字通訊協(xié)議，方便使用和管理，而在用戶系統(tǒng)具備MODBUS通訊功能的前提下，可將流量計的HART信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成MODBUS協(xié)議的信號接入系統(tǒng)。目前市場上有此類的產(chǎn)品，例如摩爾工業(yè)的 HCS HART轉(zhuǎn)換器將HART變量轉(zhuǎn)化為MODBUS RTU進行輸出，給到控制系統(tǒng)，以方便系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的讀取。
 

圖6 HART轉(zhuǎn)換成MODBUS傳輸示意圖
 

　　在北京某空分項目現(xiàn)場，采用的是質(zhì)量型平衡流量計，而系統(tǒng)的接入需要MODBUS RTU信號，并且需要將瞬時流量、累計流量、壓力和溫度一同給到系統(tǒng)中。此處采用了HCS做為轉(zhuǎn)換器，將信號轉(zhuǎn)化成MODBUS RTU信號成功接入了用戶系統(tǒng)中。
 

圖7流量計現(xiàn)場安裝圖
 

圖8變送器及轉(zhuǎn)換模塊現(xiàn)場安裝圖
 

　　3 結(jié)束語
 

　　通過以上三種將質(zhì)量型平衡流量計信號輸出至用戶系統(tǒng)方法的討論，可以輕易的將可以將具有補償功能的平衡流量計上HART所帶載的信息傳送給用戶系統(tǒng)，達到節(jié)省配置的目的。此應(yīng)用建議僅可用于過程監(jiān)控，涉及連鎖控制和重要的溫度壓力參數(shù)仍建議采用單獨的測量點進行測量。