流量儀表在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

張津林

（天津新科成套儀表有限公司，天津300385）

0 引言

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。近年來，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。本文結(jié)合具體實例，淺談流量儀表在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 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，在我國工業(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。流量儀表測量的精確與否，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。

2 流量儀表在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 流量計在油田自動化計量系統(tǒng)中的應(yīng)用

油田是應(yīng)用流量計最為廣泛的行業(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，先進的計量和工藝技術(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3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為質(zhì)量流量計自動控制系統(tǒng)圖。

圖1 油田質(zhì)量流量計自動控制系統(tǒng)圖

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。

2.2 流量計在電廠工藝系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.2.1 應(yīng)用于鍋爐送風工藝

在電廠鍋爐中，流量計主要用來測量空氣、蒸汽、鍋爐送風等的流量。最為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，當蒸汽、風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流量中的測量為例，鍋爐的送風流量是體現(xiàn)熱電廠鍋爐和風機運行狀態(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，實際電廠的送風管道多為矩形截面，常規(guī)的流量計很難進行精確的測量，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流量測量時，由傳感器、轉(zhuǎn)換器、控制中心組成鍋爐送風測量系統(tǒng)，其中傳感器包括旋渦發(fā)生體和旋渦檢測器2部分，主要用來進行鍋爐送風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4～20 mA的直流控制信號，送至控制中心，進行待測送風流量的顯示、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。

2.2.2 應(yīng)用于煙氣脫硫工藝

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，同時電廠鍋爐的風煙道存在紊流和旋流，不利于流量計的準確測量，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、二次風、入爐氣體、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獨特的原理，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)合專用的流量數(shù)據(jù)模型和模糊控制理論，輸出控制信號，通過專用的電荷感應(yīng)式探針和刮掃裝置來完成系統(tǒng)控制。

2.3 流量計在污水處理工藝系統(tǒng)中的應(yīng)用

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。更先進的控制系統(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。

3 結(jié)語

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)。隨著我國工業(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。

［1］陸川.熱式氣體質(zhì)量流量計的研制［D］.成都：電子科技大學，2010

［2］徐南.多聲道超聲波氣體流量計信號處理模塊設(shè)計［D］.成都：電子科技大學，2009

［3］姜非歐.渦輪流量計的動態(tài)流量測量方法研究［D］.長春：長春理工大學，2012