嚴(yán)俊杰（鄂州職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖北 鄂州 436000）

基于實(shí)例分析的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中流量?jī)x表的應(yīng)用

嚴(yán)俊杰
（鄂州職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖北 鄂州 436000）

流量測(cè)量是工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的一個(gè)重要功能，流量?jī)x表在石油、電力、食品、污水處理等行業(yè)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，本文電力企業(yè)、石油企業(yè)和污水處理企業(yè)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)為例研究了流量?jī)x表的應(yīng)用及其工作機(jī)制問(wèn)題。

實(shí)例分析；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；流量?jī)x表；應(yīng)用

1　引言

伴隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)管理的自動(dòng)化和智能化起了重要的促進(jìn)作用，流量測(cè)量是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能，對(duì)于某些行業(yè)如電力、石油、污水處理等行業(yè)非常重要，在這些行業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中流量?jī)x表被廣泛應(yīng)用于流量測(cè)量中，重要用來(lái)測(cè)量其流量大小、壓力高低和溫度情況等參數(shù)。本文正是基于電力、石油、污水處理三大行業(yè)的實(shí)例探討和研究流量?jī)x表在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)用意義。

2　流量?jī)x表應(yīng)用情況概述

工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中流量測(cè)量工作是一種最為常見(jiàn)的工作，其在電力、化工、冶金、石油、食品等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在涉及到物體轉(zhuǎn)移和互換的情況下都會(huì)涉及到流量測(cè)量工作，流量測(cè)量工作在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中通常要借助流量?jī)x表來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)流量?jī)x表測(cè)量工作機(jī)制的差異，流量?jī)x表包括很多類型，隨著現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)在流量?jī)x表中的應(yīng)用，流量?jī)x表先后經(jīng)歷了差壓式流量?jī)x表、容積式流量?jī)x表、電磁式流量?jī)x表以及其他類型的流量?jī)x表等，其結(jié)構(gòu)上日趨簡(jiǎn)潔但功能上日益多樣，工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)能否精確穩(wěn)定地工作在很大程度上取決于流量?jī)x表的精確度和準(zhǔn)確率。

3　發(fā)電企業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中流量?jī)x表的應(yīng)用

發(fā)電企業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)流量測(cè)量中流量?jī)x表的應(yīng)用主要在鍋爐送風(fēng)和煙氣脫硫中，下面從這兩個(gè)方面探討其具體應(yīng)用狀況。

（1）鍋爐送風(fēng)工藝中流量?jī)x表主要用來(lái)測(cè)量蒸汽、空氣以及送風(fēng)等的流量，漩渦型流量?jī)x表最為常見(jiàn)，這種流量?jī)x表基于速度原理采用漩渦剝離機(jī)制進(jìn)行流量的測(cè)量，當(dāng)風(fēng)力、蒸汽等通過(guò)流量?jī)x表的傳感感知系統(tǒng)時(shí)可以產(chǎn)生一個(gè)高氣壓區(qū)，繼續(xù)前行就會(huì)進(jìn)入風(fēng)力蒸汽加速區(qū)域，這時(shí)會(huì)形成一個(gè)低氣壓區(qū)，并在后部生成一個(gè)有漩渦的真空帶，于是在壓力差的作用下形成壓力波動(dòng)，流量大小與波動(dòng)頻率成正比例關(guān)系，因此通過(guò)測(cè)量風(fēng)力蒸汽的振動(dòng)頻率就可以計(jì)算出其流動(dòng)速度，并進(jìn)而測(cè)得其單位時(shí)間內(nèi)的流量大小。

以鍋爐送風(fēng)流量的測(cè)量為例，鍋爐送風(fēng)流量是評(píng)價(jià)鍋爐和風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況的重要指標(biāo)，其對(duì)于鍋爐燃料燃燒質(zhì)量的自動(dòng)化控制具有重要影響，一般發(fā)電企業(yè)的鍋爐送風(fēng)管道多采用矩形橫截面進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用一般的流量?jī)x表很難準(zhǔn)確地進(jìn)行計(jì)量，而漩渦型流量?jī)x表則可以很好地實(shí)現(xiàn)，使用漩渦型流量?jī)x表對(duì)鍋爐送風(fēng)流量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要組建包括轉(zhuǎn)換器、傳感器、控制器裝置等在內(nèi)的系統(tǒng)，傳感器包括漩渦檢測(cè)傳感器和漩渦發(fā)生傳感器兩個(gè)組成部分，其功能是負(fù)責(zé)計(jì)量鍋爐送風(fēng)流量并將之轉(zhuǎn)化為波動(dòng)頻率信號(hào)，轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)將波動(dòng)頻率信號(hào)放大并輸送到控制器，控制器用來(lái)顯示、記錄、分析鍋爐送風(fēng)流量的結(jié)果，管理人員可以將此結(jié)果作為評(píng)價(jià)鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的指標(biāo)。

在測(cè)量過(guò)程中需要注意的是流量?jī)x表量程的選擇以及壓力、溫度等參數(shù)的設(shè)置問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)被測(cè)量氣體的流量在儀表測(cè)量最大值的[1/2,2/3]區(qū)間內(nèi)可以確保流量?jī)x表的測(cè)量誤差在可以接受的范圍內(nèi)，同時(shí)還要輔之以準(zhǔn)確精密的壓力、溫度測(cè)量?jī)x器，這樣才能有效地保證測(cè)量結(jié)果的精度和可信度。

（2）發(fā)電企業(yè)的煙氣在排放到大氣之中前出于環(huán)境保護(hù)問(wèn)題要做脫硫處理。煙氣的溫度較高且粉塵含量高，腐蝕性很強(qiáng)，同時(shí)煙氣道中通常存在漩渦流，使得煙氣流量測(cè)量工作很難進(jìn)行，因此通常的做法是設(shè)置若干個(gè)測(cè)量點(diǎn)來(lái)獲得其平均值。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)電企業(yè)一般會(huì)設(shè)置一下幾個(gè)流量測(cè)點(diǎn)，一次風(fēng)流量測(cè)點(diǎn)、二次風(fēng)流量測(cè)點(diǎn)、鍋爐入口氣體流量測(cè)點(diǎn)、脫硫煙氣流量測(cè)點(diǎn)等。在對(duì)脫硫煙氣流量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，根據(jù)熱擴(kuò)散機(jī)制，基于流過(guò)傳感器的煙氣溫度差和流量的相關(guān)關(guān)系，并將之轉(zhuǎn)換為具有線性關(guān)系的流量信號(hào)，并通過(guò)相關(guān)流量模型和輸出控制裝置再次轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，最后使用相關(guān)感應(yīng)設(shè)置進(jìn)行系統(tǒng)控制。

4　石油開(kāi)采企業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中流量?jī)x表的應(yīng)用

石油開(kāi)采企業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中流量?jī)x表主要用來(lái)對(duì)產(chǎn)油量進(jìn)行計(jì)量和分析，對(duì)產(chǎn)油井的開(kāi)采量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)于石油開(kāi)采企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)安排和作業(yè)計(jì)劃具有重要作用。石油開(kāi)采企業(yè)一般可以分為若干個(gè)開(kāi)采小組，出于績(jī)效考核的目的需要對(duì)每個(gè)開(kāi)采小組的原油開(kāi)采量進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量，其通常做法是：每個(gè)采油小組的原油經(jīng)過(guò)分離器分為三部分，一部分經(jīng)由調(diào)節(jié)閥流向壓氣站，一部分經(jīng)由電磁流量?jī)x表流經(jīng)沉降罐，另一部分經(jīng)由質(zhì)量流量?jī)x表流向緩沖罐。

開(kāi)采出來(lái)的原油經(jīng)過(guò)質(zhì)量流量?jī)x表，相應(yīng)的傳感器設(shè)備采集原油的溫度、密度、流量等參數(shù)信息并上傳到處理器，通過(guò)相關(guān)模型算法將采集到的信息參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，然后通過(guò)信息傳輸協(xié)議傳送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)處理結(jié)果的存儲(chǔ)、顯示、報(bào)表生成、打印等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)采油小組計(jì)量系統(tǒng)的監(jiān)控。另外在油田開(kāi)采轉(zhuǎn)井現(xiàn)場(chǎng)，深井作業(yè)普遍存在著重材浪費(fèi)問(wèn)題，為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以借助流量?jī)x表的傳感器對(duì)鉆井原油的密度、粘度等參數(shù)進(jìn)行分析，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)構(gòu)建系統(tǒng)控制流程，從而提高深井原油開(kāi)采中重材的回收利用效率，節(jié)約材料費(fèi)用。

5　污水處理企業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中流量?jī)x表的應(yīng)用

隨著城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)生產(chǎn)用水量的大量增長(zhǎng)，污水處理問(wèn)題日益突出。流量?jī)x表在污水處理企業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用非常普遍和廣泛，不同種類的污水中含有的雜質(zhì)、懸浮物、病菌、廢金屬等物質(zhì)是不同的，所以不同污水處理檢測(cè)地點(diǎn)所使用的流量?jī)x表類型也不相同，最為常用的是超聲波流量?jī)x表和電磁流量?jī)x表，超聲波流量?jī)x表的體積小、精度高、系統(tǒng)集成較好，應(yīng)用比較廣泛。下面以超聲波流量?jī)x表在污水處理中的應(yīng)用為例探討其具體流程和機(jī)制。超聲波流量?jī)x表在巴氏儀表槽的輔助下，對(duì)污水流量大小進(jìn)行監(jiān)控，控制進(jìn)水流量大小和閥門的開(kāi)閉程度，從而實(shí)現(xiàn)污水處理過(guò)程中對(duì)污水流量的控制，其具體過(guò)程如下：超聲波流量?jī)x表系統(tǒng)的傳感器在檢測(cè)到流量信息后，根據(jù)相關(guān)參數(shù)計(jì)算出污水流量所對(duì)應(yīng)的高度，并將該參數(shù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)的處理器中進(jìn)行計(jì)算并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的脈沖信號(hào)，再講該信號(hào)傳輸?shù)絇LC可編程控制器，最后輸出到顯示設(shè)備中進(jìn)行顯示，顯示的相關(guān)參數(shù)信息包括污水流量的最大值、最小值、平均值、瞬時(shí)值等信息，并可以對(duì)污水流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)查詢和打印。此外故障判斷邏輯器可以根據(jù)相關(guān)參數(shù)值檢測(cè)和識(shí)別流量異常情況和系統(tǒng)故障程度，并將相關(guān)的警報(bào)信息顯示出來(lái)，提示相關(guān)操作人員調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門以控制污水流量，從而滿足既定生產(chǎn)工藝所要求的最佳污水處理量。更為先進(jìn)的污水處理企業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中可以將污水流量作為一個(gè)變量進(jìn)行處理，將該變量的值輸入到系統(tǒng)中，由程序根據(jù)該參數(shù)的值自動(dòng)控制進(jìn)水閥門的開(kāi)閉程度，進(jìn)水閥門由程序進(jìn)行自動(dòng)化控制，可以再不需要人工操作的情況下自行處理，這樣系統(tǒng)的工作效率可以大幅度地提高。

[1]毛新業(yè).流量?jī)x表的發(fā)展趨勢(shì)[J].軟件,2008(02).

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[4]“全國(guó)流量?jī)x表信息庫(kù)”加盟企業(yè)產(chǎn)品推介[J].工業(yè)計(jì)量,2003(04).

[5]周藝軍.節(jié)流式流量?jī)x表的測(cè)量精度[J].工業(yè)計(jì)量,1996(02).

[6]毛新業(yè).流量?jī)x表的應(yīng)用與發(fā)展[J].儀表工業(yè),1986(06).

嚴(yán)俊杰（1971—），男，湖北鄂州人，本科，講師，研究方向：機(jī)電一體化。