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　　龐寶新 陳寧 汪新
 

　　(上海科洋科技股份有限公司，上海 201501)

 

　　摘 要：質量型平衡流量計的現場應用，替代了傳統的平衡差壓節流裝置、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量流量信號，而用戶仍希望能夠將其測量到的其他信號給予輸出至客戶系統或數字信號遠傳。本文分別闡述了將質量型平衡流量計通過HART將多個參數傳輸至用戶系統的方法、通過HART轉換器進行解碼以多路電流信號輸出的方法和將流量計HART信號轉換成MODBUS RTU輸出三種方法。
 

　　關鍵詞：平衡流量計 多參量 輸出 應用
 

　　1 前言
 

　　差壓式流量計在世界范圍內有著廣泛的應用，傳統采用節流原件、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，多參數流量變送器能夠替代傳統的配置，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最具性能優勢的平衡節流技術與流量變送器有機結合，形成了質量型平衡流量計并出現在用戶面前。然而工業現場用戶希望將質量型平衡流量計測得的壓力、溫度和計算得到的流量、累計流量等參數進行輸出，以節省系統測量點。本文討論幾種將質量型平衡流量計測得多個參量輸出至用戶系統的方法。
 

　　2 多參量輸出至用戶系統的方法
 

　　質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作為數字通訊協議，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。可帶載多個參數變量進行實時傳輸。而如何接入用戶系統主要取決于用戶系統的配置情況。
 

　　(1)DCS模塊具有HART采集功能直接輸入
 

　　控制系統常規AI采集模塊采集4-20mA模擬量作，僅將HART作為儀表調試來用，一般在用戶現場僅僅用手操器進行通訊讀取信息和調試，而在具有資產管理功能的系統模塊支持HART數字量采集的情況下，可以對變送器單元進行HART數字通訊，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、累計流量等變量當中的四個，但這四個變量的內容和順序是可以在變送器的配置中進行組態的，以適應實際需要。HART數字傳輸避免了傳輸過程中AD和D/A轉換所帶來的精度損失，可以實現無損傳輸，其精度優于模擬量傳輸。
 

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廠商和設備：
 

　　a)Emerson： DeltaV系統可采用AI 8 channel 4-20mA HART或AI 16 channel 4-20mA HART模塊在模擬量采集的基礎上可以進行數字采集。可采用AMS軟件對現場所有hart設備進行管理。
 

　　b)Honeywell ：PKS系統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，避免了電流傳輸的信號轉換偏差、信號誤差和信號干擾問題。自投運后一直穩定運行。
 

圖2 潛江現場安裝圖
 

　　(2)采用轉換器進行HART解碼以多路電流信號輸出
 

　　在系統不具有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多路轉換器進行信號轉換和輸出。通過轉換可以實現最多三個額外變量以模擬量進行輸出，常規第二變量為差壓，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、熱量等參數中的三個。
 

圖3 HART轉換成模擬量傳輸示意圖
 

　　表1 HART轉換器

 

　　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量型平衡流量計進行計量，需要通過GPRS將數據無線遠傳給熱力公司，同時信號需要接入電廠系統進行顯示，但在電廠系統僅支持4-20mA的電流接入，因此采用了一個轉換器將HART信號轉換為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，已穩定運行了十余年。
 

圖4 珠海項目轉換及遠傳
 

圖5 珠海項目現場安裝圖
 

　　(3)將流量計的HART信號轉換成MODBUS RTU輸出
 

　　MODBUS RTU是系統常規使用的數字通訊協議，方便使用和管理，而在用戶系統具備MODBUS通訊功能的前提下，可將流量計的HART信號經過轉換器轉換成MODBUS協議的信號接入系統。目前市場上有此類的產品，例如摩爾工業的 HCS HART轉換器將HART變量轉化為MODBUS RTU進行輸出，給到控制系統，以方便系統對數據的讀取。
 

圖6 HART轉換成MODBUS傳輸示意圖
 

　　在北京某空分項目現場，采用的是質量型平衡流量計，而系統的接入需要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中。此處采用了HCS做為轉換器，將信號轉化成MODBUS RTU信號成功接入了用戶系統中。
 

圖7流量計現場安裝圖
 

圖8變送器及轉換模塊現場安裝圖
 

　　3 結束語
 

　　通過以上三種將質量型平衡流量計信號輸出至用戶系統方法的討論，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，達到節省配置的目的。此應用建議僅可用于過程監控，涉及連鎖控制和重要的溫度壓力參數仍建議采用單獨的測量點進行測量。