汪張生 （安徽醫(yī)科大學(xué)公共基礎(chǔ)學(xué)院計算機系，安徽 合肥230032）

在工業(yè)現(xiàn)場，測量流體流量的儀表統(tǒng)稱為流量計，流量計的標(biāo)定分為實流標(biāo)定和干標(biāo)定2種方式［1］：干標(biāo)定方式無需實際流體便可實現(xiàn)流量計的標(biāo)定，但對相應(yīng)流量計產(chǎn)品的一致性要求較高，因此，目前普遍采用實流標(biāo)定方式，標(biāo)定精度一般為±0.2%。實流標(biāo)定方式包括靜態(tài)稱量法、靜態(tài)容積加密度計法、標(biāo)準(zhǔn)體積管加密度計法和標(biāo)準(zhǔn)表比較法。其中，靜態(tài)稱量法直接讀取質(zhì)量，誤差主要來自電子秤和換向器，系統(tǒng)精度等級最高，對檢定環(huán)境要求寬松，檢定耗時少，不受檢定介質(zhì)和管路流體壓力影響，但現(xiàn)場檢定較難；靜態(tài)容積加密度計法在讀取容積的同時必須測量出檢定介質(zhì)的密度，存在附加誤差，同時對檢定介質(zhì)和檢定環(huán)境要求比較嚴(yán)，其檢定耗時少，不受檢定介質(zhì)和管路流體壓力影響，但現(xiàn)場檢定較難；標(biāo)準(zhǔn)體積管加密度計法也存在附加誤差，對檢定介質(zhì)和檢定環(huán)境要求比較嚴(yán)，其檢定耗時長，需引入壓力修正系數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)表比較法的誤差主要來自標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量計，對檢定環(huán)境和檢定介質(zhì)要求不高，而且可以引入自動化控制技術(shù)來減少人為操作誤差。

隨著工業(yè)的發(fā)展，對流量測量的準(zhǔn)確度和范圍要求越來越高，為了適應(yīng)多種用途，各種類型的流量計相繼問世，同時為了更好地適應(yīng)現(xiàn)場控制，流量計也從傳統(tǒng)4～20mA模擬信號及普通開關(guān)量信號的傳輸發(fā)展到支持多種類型的工業(yè)總線協(xié)議［2］。為此，筆者設(shè)計了一種多總線協(xié)議流量計標(biāo)定系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

為了減少標(biāo)定工作中人為干擾因素并提高操作和數(shù)據(jù)處理的自動化程度，筆者采用PLC控制技術(shù)，上位機程序采用WINCC組態(tài)軟件設(shè)計［3］，下位機采用AB公司CompactLogix L35E控制器，整個系統(tǒng)主要由上位機PC、控制箱、標(biāo)準(zhǔn)表及被檢表、循環(huán)水箱組成 （見圖1）。控制箱內(nèi)配置的模塊有DP／PA模塊、ModBus模塊、HSC模塊、DI模塊、AI模塊和FF模塊。系統(tǒng)能夠標(biāo)定的儀表類型包括有／無源4～20mA儀表、有／無源脈沖儀表、DP／PA總線儀表、ModBus總線儀表和Foundation FieldBus總線儀表。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)軟件中數(shù)據(jù)的計算與分析

實際的檢測中需要比較標(biāo)準(zhǔn)表和被檢表的累積流量及瞬時流量［4］，并計算累積流量的誤差，不同類型的儀表累積流量和瞬時流量的讀取和計算方式不盡相同，而且對同一個標(biāo)定表需要在不同的流量采集點下做多組測量，這些工作都由下位機PLC程序自動執(zhí)行。

裝置中配置的標(biāo)準(zhǔn)表為Profibus DP類型的質(zhì)量流量計，對于總線類型儀表而言，其瞬時流量及累積流量都存放在內(nèi)部存儲區(qū)域的某個地址，可以通過對應(yīng)通訊模塊直接讀取。

對于模擬量信號的儀表 （如4～20mA），其讀取的數(shù)據(jù)為瞬時流量。對于累積流量可以利用定時中斷來確定，根據(jù)積分原理，累積流量是流量對時間的積分，當(dāng)Δt很小，近似為長方型，如果Δt=1s，那么累積流量=∑當(dāng)前流量。

脈沖信號儀表在測量時輸出的是高速脈沖，為保證測量精度，采用HSC高速脈沖計數(shù)模塊以防信號丟失。累積流量M=k1×∑Np，其中k1為脈沖當(dāng)量，Np為一定時間的脈沖數(shù)。瞬時流量為檢測一定時間Δt（如1s）的脈沖個數(shù)Np×k1后再轉(zhuǎn)換成以小時為單位的計量值即可。

流量計誤差可以通過對被測表的累積值Vc和標(biāo)準(zhǔn)表的累積值Vb進行比對計算，從而得到被檢表的測量精度，計算公式為E= ［（Vc-Vb）／Vb］×100%，E即為被檢流量計的測量誤差。

在實際標(biāo)定工作中，由于標(biāo)準(zhǔn)表采用的是質(zhì)量流量計，而有的被檢表只能做體積流量的檢測，這時需要將體積流量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量，而水的密度在不同的溫度下會有所不同 （如水的密度在4℃時最大），為保證轉(zhuǎn)換的精度，在下位機程序中保存有水密度表［5］，根據(jù)測定的管道內(nèi)水的溫度自動查找水密度表，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的質(zhì)量后再進行對比計算。

圖2 軟件流程圖

3 系統(tǒng)測量控制流程

在標(biāo)定過程中，操作人員根據(jù)被檢表的類型設(shè)定相關(guān)參數(shù)，如4～20mA儀表需要設(shè)置20mA和4mA對應(yīng)的數(shù)值，脈沖表需要設(shè)置脈沖當(dāng)量等，選擇測量點及每個測量點檢測次數(shù)和每次檢測的時間，然后開始檢測。PLC程序根據(jù)上位機程序下達的參數(shù)自動執(zhí)行讀取和計算測量數(shù)據(jù)、每個測量周期計時、測量次數(shù)計數(shù)、計算測量誤差等。在完成所有檢測后，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)定的誤差允許范圍給出被檢表是否需要調(diào)整的建議并打印相關(guān)檢測報告系統(tǒng)測量控制流程如圖2所示。

4 應(yīng)用效果

多總線協(xié)議流量計標(biāo)定系統(tǒng)經(jīng)過設(shè)計、調(diào)試、檢驗和安裝后交付用戶投入使用，累計標(biāo)定各種流量計近百臺。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)自動化程度高，支持的儀表類型多，操作方便，各項性能指標(biāo)達到設(shè)計要求。同時，高性能的PLC控制系統(tǒng)和高精度模塊的使用，使系統(tǒng)具有較高的標(biāo)定精度，避免了人為操作的誤差，并提高了工作效率。因此，該系統(tǒng)具有良好的市場應(yīng)用前景。

［1］紀(jì)剛 .流量測量儀表應(yīng)用技巧 ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［2］夏永剛 .工業(yè)自動化控制系統(tǒng)在水流量標(biāo)準(zhǔn)檢定裝置中的應(yīng)用 ［J］.機械管理開發(fā)，2009，23（6）：94-96.

［3］吳耀明，孫泉亮，袁少博 .水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計 ［J］.工礦自動化，2012，37（1）：93-95.

［4］何玲 .過程量測量和控制綜合實驗設(shè)計與實現(xiàn) ［D］.上海：上海交通大學(xué)，2010.

［5］孫淮清 .流量儀表的實驗室準(zhǔn)確度和現(xiàn)場準(zhǔn)確度 ［J］.工業(yè)計量，2009，18（2）：7-9，13 .