劉振

（內(nèi)蒙古中煤蒙大新能源化工有限公司儀電中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017314）

0 引言

為了更準(zhǔn)確的測量化工生產(chǎn)過程中原料與產(chǎn)品的產(chǎn)銷比，或者得到更準(zhǔn)確的物料純度計算，從而達(dá)到更好的生產(chǎn)成本控制，部分生產(chǎn)過程需要測量質(zhì)量流量的同時兼具測量物料的密度來實(shí)現(xiàn)原料純度的測量，從而精確的計算出主要反應(yīng)物的單耗。本文針對化工生產(chǎn)過程中需要同時測量原料的質(zhì)量流量與密度的需求入手，對化工裝置最為常用的micromotion 1700/2700系列質(zhì)量流量計變送器進(jìn)行了細(xì)致的比較及選型分析，給出不同選型代碼輸出通道的數(shù)據(jù)類型及應(yīng)用的比較結(jié)果。

1 質(zhì)量流量計的原理及特點(diǎn)

流體在旋轉(zhuǎn)的管內(nèi)流動時會對管壁產(chǎn)生一個力，它是科里奧利在1832年研究輪機(jī)時發(fā)現(xiàn)的，簡稱科氏力。質(zhì)量流量計以科氏力為基礎(chǔ)，在傳感器內(nèi)部有兩根平行的流量管，中部裝有驅(qū)動線圈，兩端裝有檢測線圈，變送器提供的激勵電壓加到驅(qū)動線圈上時，振動管作往復(fù)周期振動，工業(yè)過程的流體介質(zhì)流經(jīng)傳感器的振動管，就會在振管上產(chǎn)生科氏力效應(yīng)，使兩根振管扭轉(zhuǎn)振動，安裝在振管兩端的檢測線圈將產(chǎn)生相位不同的兩組信號，這兩個信號的相位差與流經(jīng)傳感器的流體質(zhì)量流量成比例關(guān)系。計算機(jī)解算出流經(jīng)振管的質(zhì)量流量。不同的介質(zhì)流經(jīng)傳感器時，振管的主振頻率不同，據(jù)此解算出介質(zhì)密度。

2 變送器選擇

質(zhì)量流量計從結(jié)構(gòu)上主要分為傳感器部分及變送器部分，用戶根據(jù)自身的需求選擇相應(yīng)的產(chǎn)品，micromotion質(zhì)量流量計變送器主要分為現(xiàn)場安裝式、支架或面板安裝式、導(dǎo)軌安裝式，下面主要介紹適于現(xiàn)場安裝的1700變送器及2700變送器。

2.1 1700變送器

該型號變送器相對成本較低，但功能相對簡單，變送器包含三個輸出通道，分別為通道A、通道B、通道C，根據(jù)廠家代碼信息可知1700xxxx第四位代碼表示變送器輸出選項，可選A或D，A選項對應(yīng)三個輸出通道分別為ma輸出、頻率或離散輸出、RS485 通訊；D 選項對應(yīng)三個輸出通道分別為ma 輸出（本安）、頻率或離散輸出、none。通道A毫安輸出可組態(tài)選項為質(zhì)量流量、體積流量、氣體標(biāo)準(zhǔn)體積流量，一般設(shè)置成質(zhì)量流量，已組態(tài)為一級毫安輸出的過程變量自動組態(tài)為頻率輸出，因此不能用通道B頻率輸出來實(shí)現(xiàn)密度的輸出。在保證質(zhì)量流量輸出的同時如果要實(shí)現(xiàn)密度輸出，則需要借助通道C通訊輸出，因此在變送器選型時需要確定輸出選項選擇為A，通過RS485 通訊設(shè)置相應(yīng)的Modbus 地址（從設(shè)備地址）、奇偶校驗(yàn)、停止位和波特率、浮點(diǎn)型字節(jié)順序、附加通訊響應(yīng)延遲等，需要注意的是1700變送器HART 4級變量中不能組態(tài)密度作為變量，因此1700變送器無法通過HART通訊的方式讀取密度。

2.2 2700變送器

與1700 變送器相比功能更加強(qiáng)大，相對價格更高，變送器包含三個輸出通道，分別為通道A、通道B、通道C，根據(jù)廠家代碼信息可知2700xxxx第四位代碼表示變送器輸出選項，可選A、B、C、D、E、G、N、2、3、4。A選項對應(yīng)三個輸出通道分別為ma輸出、頻率或離散輸出、RS485 通訊，B 選項對應(yīng)三個輸出通道分別為ma輸出、ma輸出/頻率或離散輸出（默認(rèn)ma）、頻率輸出/離散輸出或離散輸入（默認(rèn)頻率）。C選項對應(yīng)三個輸出通道分別為ma 輸出、ma 輸出/頻率或離散輸出（用戶自定義）、頻率輸出/離散輸出或離散輸入（用戶自定義），D選項對應(yīng)三個輸出通道分別為ma輸出（本安）、頻率輸出或離散輸出、ma輸出（本安），E/G/N選項主要適用于總線儀表，分別對應(yīng)不同總線類型，在這里不做討論，2/3/4 選項增加了無線hart 通訊接口，其他參數(shù)與A/B/D 對應(yīng)，不詳細(xì)說明，毫安輸出可組態(tài)選項為質(zhì)量流量、體積流量、氣體標(biāo)準(zhǔn)體積流量、溫度、密度等15個參數(shù)，頻率輸出可組態(tài)選項為質(zhì)量流量、體積流量、氣體標(biāo)準(zhǔn)體積流量、溫度修正體積流量等7 個參數(shù)，通過以上總結(jié)可知2700變送器如要實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量與密度同時輸出可以通過組態(tài)第二組模擬量通道，選擇密度作為輸出變量，接入控制系統(tǒng)即可，另外也可通過RS485 通訊的方式實(shí)現(xiàn)，方法與1700 變送器一致，還可以通過讀取HART變量來實(shí)現(xiàn)，如果使用了HART 變量，要注意改變了毫安輸出過程變量的組態(tài)將會同時改變HART 一級變量(PV)和HART 三級變量(TV)的組態(tài)。根據(jù)2700變送器說明書，通過手操器將2700變送器HART二級或四級變量設(shè)置為密度，在控制系統(tǒng)讀取相應(yīng)的HART變量即可實(shí)現(xiàn)。

3 方案比較

綜合上述分析，使用1700變送器實(shí)現(xiàn)密度上傳至控制畫面僅僅只有一種方案，即訂購1700 變送器時輸出選項選擇A 型號，利用RS485 通訊方式，讀取密度對應(yīng)地址方可實(shí)現(xiàn)；使用2700變送器實(shí)現(xiàn)密度上傳至控制畫面有三種方案，分別為組態(tài)第二組ma 通道選擇密度作為輸出變量、建立控制系統(tǒng)與變送器RS485 通訊，讀取密度對應(yīng)地址變量、組態(tài)HART 二級或四級變量為密度，讀取HART變量，下面就三種方案進(jìn)行比較

3.1 穩(wěn)定性

利用可組態(tài)第二組ma輸出，接入控制系統(tǒng)AI通道，無疑是上述方案中最為穩(wěn)定的，避免通訊延遲，數(shù)據(jù)丟包，同時能夠提供較高的測量精度（小數(shù)點(diǎn)后4位），可選擇2700變送器輸出選項為B/C/D/3/4。

3.2 便利性

組態(tài)HART 二級或四級變量為密度，通過控制系統(tǒng)讀取HART變量來實(shí)現(xiàn)，無疑是最為便利的，不需要額外鋪設(shè)第二組通道電纜，不占用控制系統(tǒng)AI通道，且具備較高的精度（小數(shù)點(diǎn)后4位），可選擇2700變送器輸出選項為A/B/C/D/2/3/4，因?yàn)槭峭ㄓ嵉年P(guān)系，不可避免的會有通訊延遲等問題的發(fā)生，穩(wěn)定性欠佳。

3.3 數(shù)據(jù)多樣性

與以上兩種方案相比，通過RS485通訊的方式實(shí)現(xiàn)密度上傳至控制系統(tǒng)，穩(wěn)定性及便利性均無優(yōu)勢，通訊不可避免的帶有延遲，且顯示精度相對較低，只有小數(shù)點(diǎn)后2位，同時需要敷設(shè)一根RS485通訊電纜至串口服務(wù)器，使用RS485通訊方式與變送器連接不但可以讀取變送器參數(shù)，同時可以寫入執(zhí)行遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)讀寫兩種功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對變送器進(jìn)行一些常規(guī)操作，如累積量清零、零點(diǎn)標(biāo)定等，毫安輸出可組態(tài)參數(shù)為19個，HART讀取質(zhì)量流量計參數(shù)為39，RS485通訊可獲得更為豐富的讀寫參數(shù)，數(shù)據(jù)多樣性更強(qiáng)。

以上比較建立在工廠內(nèi)現(xiàn)有控制系統(tǒng)支持HART 功能基礎(chǔ)上，能夠讀取HART 變量，同時能夠?qū)崿F(xiàn)RS485 通訊讀取，如果控制系統(tǒng)不具備上述功能，更換可組態(tài)第二組ma 輸出的2700變送器接入控制系統(tǒng)AI通道實(shí)現(xiàn)密度上傳至控制畫面是最為經(jīng)濟(jì)有效的。

4 注意事項

micromotion質(zhì)量流量計密度RS485通訊地址為0249/0250

利用RS485 通訊讀取密度如需較高的精度顯示需在變送器上將密度單位設(shè)置為kg/m3。

5 結(jié)語

本文針對化工生產(chǎn)過程中需要同時測量原料的質(zhì)量流量與密度的需求入手，通過查閱相關(guān)廠家技術(shù)資料及后期的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對micromotion 1700/2700 系列質(zhì)量流量計變送器進(jìn)行比較及選型分析，給出不同選型代碼輸出通道的數(shù)據(jù)類型及應(yīng)用，歸納總結(jié)了micromotion質(zhì)量流量計實(shí)現(xiàn)密度輸出的幾種方案，對其進(jìn)行了詳細(xì)的比較，給出了較為明確的比較結(jié)果。