摘 要：介紹了智能變送器，質(zhì)量流量計(jì)等智能儀表的原理、特點(diǎn)、性能，以及它們?cè)诠S生產(chǎn)和能源計(jì)量中與DCS相結(jié)合的實(shí)際應(yīng)用。 　　生產(chǎn)聚酯切片和滌綸纖維，在生產(chǎn)裝置中采用了DCS。因?yàn)閿U(kuò)容改造生產(chǎn)能力大大提高，為保證生產(chǎn)過程穩(wěn)定，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，對(duì)生產(chǎn)關(guān)鍵測(cè)控點(diǎn)和能源計(jì)量統(tǒng)計(jì)儀表也進(jìn)行了更新?lián)Q代。采用智能儀表與DCS相結(jié)合，進(jìn)行生產(chǎn)控制、管理、計(jì)量統(tǒng)計(jì)和各種數(shù)據(jù)報(bào)表打印等。下面主要以流量?jī)x表為主，討論智能儀表在能源計(jì)量統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)過程測(cè)量控制中與DCS相結(jié)合的例子。 1 智能儀表在能源計(jì)量統(tǒng)計(jì)的應(yīng)用 　　該廠關(guān)口表是對(duì)進(jìn)廠中低壓蒸汽、氮?dú)�、壓縮空氣等能源介質(zhì)的瞬時(shí)量和累積總流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jìn)行流量測(cè)量，因壓力波動(dòng)大，濕度大，環(huán)境溫度變化大等因素，投動(dòng)率較低，不能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定地提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，造成計(jì)劃核算經(jīng)常超標(biāo)的問題。針對(duì)這種現(xiàn)象，提出采用智能1151與DCS結(jié)合的改造方案。 　　1.1 智能變送器工作作原理及特點(diǎn) 　　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(hào)并進(jìn)行修正和線性化處理。組態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在變送器線路板上的非易失性EEE-ROM存儲(chǔ)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了機(jī)械隔離和熱隔離。傳感膜頭還進(jìn)行溫度測(cè)量，用于補(bǔ)償溫度影響。出廠測(cè)試時(shí)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(shí)無需重新校驗(yàn)或拆下獨(dú)立的儲(chǔ)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(hào)與溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為可供轉(zhuǎn)換電路板進(jìn)一步處理的數(shù)字格式信號(hào)。 　　1.2 智能變送器與DCS組成測(cè)量回路 　　原來1151由現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行供電隔離。然后這些信號(hào)組成AI點(diǎn)，送到DCS顯示，流量累積還需要DCS通過組態(tài)，進(jìn)行壓力補(bǔ)償，完成真正流量顯示，流量累積。流量現(xiàn)場(chǎng)顯示改為中央控制室CRT顯示。 2 質(zhì)量流量計(jì)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(jì)用于測(cè)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(diǎn)之一，它能否正常穩(wěn)定運(yùn)行，直接影響到聚酯的酯化率，進(jìn)而波及產(chǎn)品的質(zhì)量。為了能夠長(zhǎng)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(cè)量精度高，能夠真實(shí)反映測(cè)量值，準(zhǔn)確地報(bào)警，故障率低，維護(hù)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(jì)。 　　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(cè)量十分準(zhǔn)確，選用了質(zhì)量流量計(jì)。設(shè)計(jì)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(cè)量的EG實(shí)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(cè)量信號(hào)經(jīng)過比值器WF-0039比值運(yùn)算后作為PTA進(jìn)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(jì)DT-0047測(cè)量的漿料密度是否偏離正常值來進(jìn)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(gè)系統(tǒng)控制部分由DCS實(shí)現(xiàn)，細(xì)節(jié)不再詳述。測(cè)量部分由PTA，WT-0039，EG流量變送器FT-0034和y射線密度計(jì)DT-0047組成。 　　2.2 質(zhì)量流量計(jì)工作原理 　　質(zhì)量流量計(jì)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(jì)與一般質(zhì)量流量計(jì)不同的是在傳感器外殼中的振動(dòng)管是直管型的。當(dāng)流體流入流量管時(shí)被強(qiáng)制接受流量管的垂直運(yùn)動(dòng)，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(hào)檢測(cè)器檢測(cè)出振動(dòng)產(chǎn)生的正弦波相位差，質(zhì)量流量的大小由這兩個(gè)信號(hào)的相位差來決定，當(dāng)沒有流體流過流量管時(shí)，流量管不產(chǎn)生彎曲，兩邊的電磁閥信號(hào)檢測(cè)的檢測(cè)信號(hào)是同相的。而當(dāng)有流體流經(jīng)流量管時(shí)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(cè)量管進(jìn)口側(cè)的管外壁上還裝有一個(gè)RTD鉑電阻，測(cè)量傳感器溫度送給變送器，用于溫度補(bǔ)償和修正。 3 智能儀表的安裝 　　1） 傳感器的安裝地點(diǎn)，主要考慮安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的條件，如溫度、濕度、腐蝕性、振動(dòng)等，盡量減小振動(dòng)和溫度影響，遠(yuǎn)離電磁干擾源（電機(jī)、變壓器）。 　　2） 安裝傳感器時(shí)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(duì)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(cè)要求進(jìn)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(cè)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(chǎng)的環(huán)境條件與規(guī)定的條件有明顯差別時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，盡可能減少附加測(cè)量誤差。在室外現(xiàn)場(chǎng)安裝儀表箱時(shí)，增加伴熱管，減小溫度對(duì)測(cè)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(tái)智能差壓變送器測(cè)量膜片未垂直安裝，產(chǎn)生了0.24KPa的零點(diǎn)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(yàn)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(cuò)后，方可送電調(diào)試、投運(yùn)。 　　4.1 智能儀表可以通過通訊器進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，如3051C變送器通過HART（如275型）手操呂進(jìn)行通訊，對(duì)儀表組態(tài)、測(cè)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(diǎn)、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(hào)、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(shí)通過人機(jī)對(duì)話，可以對(duì)智能儀表的狀態(tài)、控制回路測(cè)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(jìn)行在線調(diào)試，主要進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)試和量程調(diào)試。1）同進(jìn)按下“Span”及“Zero”5S，核對(duì)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(hào)，輸出就為20mADC。按下“Span”5 S 以設(shè)定20mADC點(diǎn)，核對(duì)輸出確為20mADC。3）加0，25%，50%，75%，100%的上下行程的輸入壓力信號(hào)，記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算被校表精度。 　　4.3 質(zhì)量流量計(jì)調(diào)試 　　質(zhì)量流量計(jì)安裝完畢后，進(jìn)行在線調(diào)試，主要進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)試。安裝后第一次投用時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)零點(diǎn)調(diào)理，調(diào)零的必要條件是確保測(cè)量管內(nèi)充滿不流動(dòng)的被測(cè)介質(zhì)。零點(diǎn)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(diǎn)就自動(dòng)檢驗(yàn)完畢，即給出新的零點(diǎn)數(shù)值PIPO，用標(biāo)準(zhǔn)電流表測(cè)質(zhì)量流量計(jì)“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(diǎn)調(diào)試好后，流量計(jì)投入運(yùn)行后數(shù)字屏上可顯示出流量的瞬時(shí)值或累積值。質(zhì)量流量計(jì)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(jì)效益分析 　　智能儀表經(jīng)該廠長(zhǎng)期的運(yùn)行表明，故障率很低，維護(hù)費(fèi)用少，降低了運(yùn)行成本。維護(hù)工作量很小，主要進(jìn)行定期校驗(yàn)。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(jìn)性分析 　　智能儀表可動(dòng)部件少，維護(hù)工作量很小，精度高，運(yùn)行可靠。通過手操器對(duì)零點(diǎn)和量程的改變、設(shè)定、校正和調(diào)試都非常方便，具有很強(qiáng)的操作性和兼容性，調(diào)試方便，可多參數(shù)測(cè)量，測(cè)量范圍廣的特點(diǎn)。通過手操器進(jìn)行變送器測(cè)試和回路測(cè)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(duì)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(jì)實(shí)現(xiàn)真正高精度的直接質(zhì)量流量測(cè)量，是測(cè)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(diǎn)經(jīng)常漂移，但通過手操器十分容易校準(zhǔn)。2）測(cè)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(yàn)時(shí)一定與現(xiàn)場(chǎng)安裝位置保持一致，否則產(chǎn)生較大的零點(diǎn)誤差。 　　另外智能儀表價(jià)格相對(duì)較高，增加了成本。高價(jià)格制約了其廣泛的使用，常常只作為重要測(cè)量點(diǎn)、控制點(diǎn)使用。 6 結(jié)束語 　　經(jīng)該廠實(shí)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(chǎng)儀表發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能儀表和DCS結(jié)合的應(yīng)用，對(duì)節(jié)省原料、降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益有著重要意義。