智能仪表在生产计量中的应用

1、智能仪表在生产计量中的应用    摘要：介绍了智能变送器，质量流量计等智能仪表的原理、特点、性能，以及它们在工厂生产和能源计量中与DCS相结合的实际应用。关键字：分散型控制系统；HART手操器；科里奥利力仪征化纤股份有限公司涤纶一厂主要生产聚酯切片和涤纶纤维，在生产装置中采用了DCS。因为扩容改造生产能力大大提高，为保证生产过程稳定，对控制系统进行了技术改造，对生产关键测控点和能源计量统计仪表也进行了更新换代。采用智能仪表与DCS相结合，进行摘要：介绍了智能变送器，质量流量计等智能仪表的原理、特点、性能，以及它们在工厂生产和能源计量中与DCS相结合的实际

2、应用。    关键字：分散型控制系统；HART手操器；科里奥利力    仪征化纤股份有限公司涤纶一厂主要生产聚酯切片和涤纶纤维，在生产装置中采用了DCS。因为扩容改造生产能力大大提高，为保证生产过程稳定，对控制系统进行了技术改造，对生产关键测控点和能源计量统计仪表也进行了更新换代。采用智能仪表与DCS相结合，进行生产控制、管理、计量统计和各种数据报表打印等。下面主要以流量仪表为主，讨论智能仪表在能源计量统计，生产过程测量控制中与DCS相结合的例子。    1 

3、;智能仪表在能源计量统计的应用    该厂关口表是对进厂中低压蒸汽、氮气、压缩空气等能源介质的瞬时量和累积总流量进行统计的仪表，是厂能源核算的重要依据。关口表原来采用1151差压变送器进行流量测量，因压力波动大，湿度大，环境温度变化大等因素，投动率较低，不能保证长期稳定地提供准确数据，造成计划核算经常超标的问题。针对这种现象，提出采用智能1151与DCS结合的改造方案。经过调研，最终选用罗斯蒙特公司的4台1151Alphaline和1台3051C智能变送器（3051C变送器用于3.5MPa蒸汽的流量测量）。    

4、1.1 智能变送器工作作原理及特点    1）1151Alphaline智能变送器使用与普通型一样的室传感器，和代码S的智能电路板。转换电路线路板采用专用集成电路和表面封装技术，接收传感器的数字信号并进行修正和线性化处理。组态数据存储在变送器线路板上的非易失性EEE-ROM存储器中，即使变送器断电，数据仍能保存。过程变量则以数字数据方式保存，可进行精确地修正和工程单位换算。    2）3051C智能变送器采用新型的共面传感膜头，具有奶高的灵活性，传感器远离过程法兰，移至电子外壳的颈部，从而实现了机械隔离和

5、热隔离。传感膜头还进行温度测量，用于补偿温度影响。出厂测试时的数据和修正系数都存在传感膜头的内存中，便于使用，在更换线路板时无需重新校验或拆下独立的储存修正系数的PROM。传感膜头内轩线路板用于将电容信号与温度信号直接转换为可供转换电路板进一步处理的数字格式信号。    1.2  智能变送器与DCS组成测量回路    图1给出智能变送器与DCS组成测量回路的简单示意图。    原来1151由现场配电箱提供24VDC供电，现在由控制室DCS供电，采用供电单元

6、安全栅，进行供电隔离。然后这些信号组成AI点，送到DCS显示，流量累积还需要DCS通过组态，进行压力补偿，完成真正流量显示，流量累积。流量现场显示改为中央控制室CRT显示。        nbsp;   流量方程式如下。                2  质量流量计在流量控制中的应用  

7、  该厂聚酯生产采用五釜连续反应生产工艺，产量大，反应生产条件要求苛刻。10FQ-0034流量计用于测量聚脂生产原料配制料10V-04（EG给料槽）至10V-01（浆料调配槽）乙二醇的流量，属主要控制点之一，它能否正常稳定运行，直接影响到聚酯的酯化率，进而波及产品的质量。为了能够长期稳定地生产，瓮中捉鳖10V-04到10V-01的流量正常平稳，根据聚酯生产工艺的要求，关键部位的EG流量变送器FT-0034要求测量精度高，能够真实反映测量值，准确地报警，故障率低，维护方便。经调研最终选用E+H公司生产的质量流量计。工艺流程简图如图2所示。   &

8、#160;2.1 控制系统组成        工艺要求EG作为主物料，PTA作为从物料，PTA与EG的摩尔比是不变的。为满足以上要求，要求EG流量测量十分准确，选用了质量流量计。设计了由WFQRC-0039，FQRC-0034，DR-0047组成双闭环变比值调节系统，其框图如图3所示。SP是EG流量定值调节系统的给定值，流量调节器FC-0034根据SP与流量变送器FT0034测量的EG实际流量值的差值来控制控制阀FV-0034的开度，从而调节EG流量。EG流量的测量信号经过比值器WF-0039比值运算后作

9、为PTA进料调节系统的给定值，比值器中的比值系数根据密度计DT-0047测量的浆料密度是否偏离正常值来进行调整。从而改变WC-0039的给定值，使浆料密度值回到正常值。整个系统控制部分由DCS实现，细节不再详述。测量部分由PTA，WT-0039，EG流量变送器FT-0034和y射线密度计DT-0047组成。    2.2 质量流量计工作原理    质量流量计是依据牛顿第二定律和科里奥利力而工作的。    E+H质量流量计与一般质量流量计不同的是在传感器外壳中的振动管

10、是直管型的。当流体流入流量管时被强制接受流量管的垂直运动，这种将导致流量管的弯曲科里奥利现象。安装在流量管两端的电磁信号检测器检测出振动产生的正弦波相位差，质量流量的大小由这两个信号的相位差来决定，当没有流体流过流量管时，流量管不产生弯曲，两边的电磁阀信号检测的检测信号是同相的。而当有流体流经流量管时产生流量管的弯曲，这一相位差直接正比于流过的质量流量。在测量管进口侧的管外壁上还装有一个RTD铂电阻，测量传感器温度送给变送器，用于温度补偿和修正。    3  智能仪表的安装    1） 

11、;传感器的安装地点，主要考虑安装现场环境的条件，如温度、湿度、腐蚀性、振动等，尽量减小振动和温度影响，远离电磁干扰源（电机、变压器）。    2） 安装传感器时应有固定良好的支撑，不能以传感器及外壳做支撑。并将流量管固定，不能倾斜，以免产生虚假流量。    3） 对于不同的传感器，根据要求确定是垂直还是水平安装。    4） 严格按使用手册要求进行电缆接线，确保接线正确并注意屏蔽。    如智能差压变送器测

12、量精度，与普通1151差压变送器一样，在很大程度上取决于变送器和导压管的正确安装。导压管安装不正确，造成导压管不能够精确地传递过程压力。常见的原因：泄漏、磨擦损失、液体管道中有气体、气体管道中有积液、导压管内因温度或其他因素造成的密度变化。如果安装现场的环境条件与规定的条件有明显差别时，应采取相应的措施，尽可能减少附加测量误差。在室外现场安装仪表箱时，增加伴热管，减小温度对测量值的影响，防止冬天冷凝水结冰，冻坏变送器。    曾经有一台智能差压变送器测量膜片未垂直安装，产生了0.24KPa的零点误差，电流达到3.148mA，HART手操器无法通讯。因此，

13、正确安装变送器十分重要，要求变送器校验与使用的位置是一致的。    4  智能仪表的调试    智能仪表投用前，要认真检查传感器与管道的连接、管道支撑、电缆接线、电源供电、变送器组态数据等无差错后，方可送电调试、投运。    4.1 智能仪表可以通过通讯器进行人机对话，如3051C变送器通过HART（如275型）手操吕进行通讯，对仪表组态、测试。智能仪表组态由两部分组成：一是设定变送器的工作参数，包括零点、量程、线性或平方要输出、阻尼、工程单位等

14、；二是信息数据，包括仪表位号、说明、信息、日期、法兰类型、排液/排气材料、O型环材料、远传信息等。同时通过人机对话，可以对智能仪表的状态、控制回路测试检查，直接读取数据，查找故障等。    4.2 智能变送器安装完毕后，进行在线调试，主要进行零点调试和量程调试。1）同进按下“Span”及“Zero”5S，核对输出确为4mADC。2）向变送器高压侧加100%满量程输入压力（压差）信号，输出就为20mADC。按下“Span”5 S 以设定20mADC点，核对输出确为20mADC。3）加0，25%，50%，75%，100%的上下行

15、程的输入压力信号，记录数据，计算被校表精度。    4.3 质量流量计调试    质量流量计安装完毕后，进行在线调试，主要进行零点调试。安装后第一次投用时进行现场零点调理，调零的必要条件是确保测量管内充满不流动的被测介质。零点调试用“Display function”键调出“0，Rdjust”后再按“Set/一”键后待出现“Dens-Rdj”约30s后零点就自动检验完毕，即给出新的零点数值PIPO，用标准电流表测质量流量计“16，17”两端的电流是否在3.9684.032mA 之间，如

16、果不是则须重调试。零点调试好后，流量计投入运行后数字屏上可显示出流量的瞬时值或累积值。质量流量计的量程取决于直径大小，一般不需要调试。    5  性能分析    5.1 经济效益分析    智能仪表经该厂长期的运行表明，故障率很低，维护费用少，降低了运行成本。维护工作量很小，主要进行定期校验。即使出现问题，也可通过手操器方便地查找故障，减少不必要的排废。    5.2 技术先进性分析 

17、   智能仪表可动部件少，维护工作量很小，精度高，运行可靠。通过手操器对零点和量程的改变、设定、校正和调试都非常方便，具有很强的操作性和兼容性，调试方便，可多参数测量，测量范围广的特点。通过手操器进行变送器测试和回路测试，十分方便解决变送器和回路故障。如夏冬两季用气量相差很大，通过手操器对是量程改变十分方便，保证指示常用量在60%80%之间。    另外质量流量计实现真正高精度的直接质量流量测量，是测出的量，而不是导出的量，有受其他物理量的影响。    5.3 存在问题分析    智能差压变送器存在的问题：1）该表本身零点经常漂移，但通过手操器十分容易校准。2）测量蒸汽的表如