摘要：介紹了智能變送器，質量流量計等智能儀表的原理、特點、性能，以及它們在工廠生產和能源計量中與DCS相結合的實際應用。 關鍵字：分散型控制系統；HART手操器；科里奧利力 儀征化纖股份有限公司滌綸一廠主要生產聚酯切片和滌綸纖維，在生產裝置中采用了DCS。因為擴容改造生產能力大大提高，為保證生產過程穩定，對控制系統進行了技術改造，對生產關鍵測控點和能源計量統計儀表也進行了更新換代。采用智能儀表與DCS相結合，進行生產控制、管理、計量統計和各種數據報表打印等。下面主要以流量儀表為主，討論智能儀表在能源計量統計，生產過程測量控制中與DCS相結合的例子。 1 智能儀表在能源計量統計的應用 該廠關口表是對進廠中低壓蒸汽、氮氣、壓縮空氣等能源介質的瞬時量和累積總流量進行統計的儀表，是廠能源核算的重要依據。關口表原來采用1151差壓變送器進行流量測量，因壓力波動大，濕度大，環境溫度變化大等因素，投動率較低，不能保證長期穩定地提供準確數據，造成計劃核算經常超標的問題。針對這種現象，提出采用智能1151與DCS結合的改造方案。經過調研，最終選用羅斯蒙特公司的4臺1151Alphaline和1臺3051C智能變送器（3051C變送器用于3.5MPa蒸汽的流量測量）。 1.1 智能變送器工作作原理及特點 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。轉換電路線路板采用專用集成電路和表面封裝技術，接收傳感器的數字信號并進行修正和線性化處理。組態數據存儲在變送器線路板上的非易失性EEE-ROM存儲器中，即使變送器斷電，數據仍能保存。過程變量則以數字數據方式保存，可進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傳感膜頭，具有奶高的靈活性，傳感器遠離過程法蘭，移至電子外殼的頸部，從而實現了機械隔離和熱隔離。傳感膜頭還進行溫度測量，用于補償溫度影響。出廠測試時的數據和修正系數都存在傳感膜頭的內存中，便于使用，在更換線路板時無需重新校驗或拆下獨立的儲存修正系數的PROM。傳感膜頭內軒線路板用于將電容信號與溫度信號直接轉換為可供轉換電路板進一步處理的數字格式信號。 1.2 智能變送器與DCS組成測量回路 圖1給出智能變送器與DCS組成測量回路的簡單示意圖。 原來1151由現場配電箱提供24VDC供電，現在由控制室DCS供電，采用供電單元安全柵，進行供電隔離。然后這些信號組成AI點，送到DCS顯示，流量累積還需要DCS通過組態，進行壓力補償，完成真正流量顯示，流量累積。流量現場顯示改為中央控制室CRT顯示。 nbsp; 流量方程式如下。 2 質量流量計在流量控制中的應用 該廠聚酯生產采用五釜連續反應生產工藝，產量大，反應生產條件要求苛刻。10FQ-0034流量計用于測量聚脂生產原料配制料10V-04（EG給料槽）至10V-01（漿料調配槽）乙二醇的流量，屬主要控制點之一，它能否正常穩定運行，直接影響到聚酯的酯化率，進而波及產品的質量。為了能夠長期穩定地生產，甕中捉鱉10V-04到10V-01的流量正常平穩，根據聚酯生產工藝的要求，關鍵部位的EG流量變送器FT-0034要求測量精度高，能夠真實反映測量值，準確地報警，故障率低，維護方便。經調研最終選用E+H公司生產的質量流量計。工藝流程簡圖如圖2所示。 2.1 控制系統組成 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流量測量十分準確，選用了質量流量計。設計了由WFQRC-0039，FQRC-0034，DR-0047組成雙閉環變比值調節系統，其框圖如圖3所示。SP是EG流量定值調節系統的給定值，流量調節器FC-0034根據SP與流量變送器FT0034測量的EG實際流量值的差值來控制控制閥FV-0034的開度，從而調節EG流量。EG流量的測量信號經過比值器WF-0039比值運算后作為PTA進料調節系統的給定值，比值器中的比值系數根據密度計DT-0047測量的漿料密度是否偏離正常值來進行調整。從而改變WC-0039的給定值，使漿料密度值回到正常值。整個系統控制部分由DCS實現，細節不再詳述。測量部分由PTA，WT-0039，EG流量變送器FT-0034和y射線密度計DT-0047組成。 2.2 質量流量計工作原理 質量流量計是依據牛頓第二定律和科里奧利力而工作的。 E+H質量流量計與一般質量流量計不同的是在傳感器外殼中的振動管是直管型的。當流體流入流量管時被強制接受流量管的垂直運動，這種將導致流量管的彎曲——科里奧利現象。安裝在流量管兩端的電磁信號檢測器檢測出振動產生的正弦波相位差，質量流量的大小由這兩個信號的相位差來決定，當沒有流體流過流量管時，流量管不產生彎曲，兩邊的電磁閥信號檢測的檢測信號是同相的。而當有流體流經流量管時產生流量管的彎曲，這一相位差直接正比于流過的質量流量。在測量管進口側的管外壁上還裝有一個RTD鉑電阻，測量傳感器溫度送給變送器，用于溫度補償和修正。 3 智能儀表的安裝 1） 傳感器的安裝地點，主要考慮安裝現場環境的條件，如溫度、濕度、腐蝕性、振動等，盡量減小振動和溫度影響，遠離電磁干擾源（電機、變壓器）。 2） 安裝傳感器時應有固定良好的支撐，不能以傳感器及外殼做支撐。并將流量管固定，不能傾斜，以免產生虛假流量。 3） 對于不同的傳感器，根據要求確定是垂直還是水平安裝。 4） 嚴格按使用手冊要求進行電纜接線，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壓管的正確安裝。導壓管安裝不正確，造成導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、導壓管內因溫度或其他因素造成的密度變化。如果安裝現場的環境條件與規定的條件有明顯差別時，應采取相應的措施，盡可能減少附加測量誤差。在室外現場安裝儀表箱時，增加伴熱管，減小溫度對測量值的影響，防止冬天冷凝水結冰，凍壞變送器。 曾經有一臺智能差壓變送器測量膜片未垂直安裝，產生了0.24KPa的零點誤差，電流達到3.148mA，HART手操器無法通訊。因此，正確安裝變送器十分重要，要求變送器校驗與使用的位置是一致的。 4 智能儀表的調試 智能儀表投用前，要認真檢查傳感器與管道的連接、管道支撐、電纜接線、電源供電、變送器組態數據等無差錯后，方可送電調試、投運。 4.1 智能儀表可以通過通訊器進行人機對話，如3051C變送器通過HART（如275型）手操呂進行通訊，對儀表組態、測試。智能儀表組態由兩部分組成：一是設定變送器的工作參數，包括零點、量程、線性或平方要輸出、阻尼、工程單位等；二是信息數據，包括儀表位號、說明、信息、日期、法蘭類型、排液/排氣材料、O型環材料、遠傳信息等。同時通過人機對話，可以對智能儀表的狀態、控制回路測試檢查，直接讀取數據，查找故障等。 4.2 智能變送器安裝完畢后，進行在線調試，主要進行零點調試和量程調試。1）同進按下“Span”及“Zero”5S，核對輸出確為4mADC。2）向變送器高壓側加100%滿量程輸入壓力（壓差）信號，輸出就為20mADC。按下“Span”5 S 以設定20mADC點，核對輸出確為20mADC。3）加0，25%，50%，75%，100%的上下行程的輸入壓力信號，記錄數據，計算被校表精度。 4.3 質量流量計調試 質量流量計安裝完畢后，進行在線調試，主要進行零點調試。安裝后第一次投用時進行現場零點調理，調零的必要條件是確保測量管內充滿不流動的被測介質。零點調試用“Display function”鍵調出“0，Rdjust”后再按“Set/一”鍵后待出現“Dens-Rdj”約30s后零點就自動檢驗完畢，即給出新的零點數值PIPO，用標準電流表測質量流量計“16，17”兩端的電流是否在3.968～4.032mA 之間，如果不是則須重調試。零點調試好后，流量計投入運行后數字屏上可顯示出流量的瞬時值或累積值。質量流量計的量程取決于直徑大小，一般不需要調試。 5 性能分析 5.1 經濟效益分析 智能儀表經該廠長期的運行表明，故障率很低，維護費用少，降低了運行成本。維護工作量很小，主要進行定期校驗。即使出現問題，也可通過手操器方便地查找故障，減少不必要的排廢。 5.2 技術先進性分析 智能儀表可動部件少，維護工作量很小，精度高，運行可靠。通過手操器對零點和量程的改變、設定、校正和調試都非常方便，具有很強的操作性和兼容性，調試方便，可多參數測量，測量范圍廣的特點。通過手操器進行變送器測試和回路測試，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，通過手操器對是量程改變十分方便，保證指示常用量在60%～80%之間。 另外質量流量計實現真正高精度的直接質量流量測量，是測出的量，而不是導出的量，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）該表本身零點經常漂移，但通過手操器十分容易校準。2）測量蒸汽的表如果冬季伴熱不好，易結冰，凍壞膜頭。3）在室內校驗時一定與現場安裝位置保持一致，否則產生較大的零點誤差。 另外智能儀表價格相對較高，增加了成本。高價格制約了其廣泛的使用，常常只作為重要測量點、控制點使用。 6 結束語 經該廠實際使用表明，智能儀表在化工生產中有著廣泛的用途，也是今后現場儀表發展的必然趨勢。智能儀表和DCS結合的應用，對節省原料、降低生產成本，提高經濟效益有著重要意義。