鄔紅波

(中國石化股份有限公司 鎮(zhèn)海煉化分公司,浙江 寧波 315207)

近幾年,流量計作為重要的貿(mào)易計量方式,應(yīng)用的范圍越來越廣,為了保障用于貿(mào)易結(jié)算的流量計準確可靠,必須定期檢定流量計,通過檢定對其日常的計量性能做出判斷,各類流量計的檢定都是通過流量標準裝置實現(xiàn)的。流量計的檢定控制系統(tǒng)是一個獨立運行的系統(tǒng),如何實現(xiàn)流量計基礎(chǔ)信息與檢定數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通,是數(shù)字時代下計量管理必須思考的問題。創(chuàng)建計量數(shù)據(jù)共享機制,不僅可以實現(xiàn)快速檢定,還可通過數(shù)據(jù)分析,實現(xiàn)對流量計的長期監(jiān)管和對流量標準裝置穩(wěn)定性的監(jiān)測。本文結(jié)合流量計檢定規(guī)程和數(shù)字時代的發(fā)展要求,探討實現(xiàn)流量計檢定數(shù)據(jù)共享的解決方案。

1 流量標準裝置簡述

流量標準裝置按工作原理可分為靜態(tài)質(zhì)量法、靜態(tài)容積法和標準表法裝置,由于受標準表準確度等級條件的限制,標準表法只能檢定準確度等級要求不高的儀表,本文以某煉化企業(yè)靜態(tài)質(zhì)量法流量標準裝置為例進行分析,靜態(tài)質(zhì)量法流量標準裝置組成如圖1所示。

圖1 靜態(tài)質(zhì)量法流量標準裝置流程示意

檢定用的純凈水通過水泵打壓,依次流經(jīng)穩(wěn)壓罐、被檢流量計臺位、標準表組、換向器、稱重容器。檢定校準時,純凈水經(jīng)換向器收集至稱重容器,由電子天平稱重,比較被檢表與電子天平讀數(shù),便可獲得被檢表準確度。

流量標準裝置的計量檢定控制系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部分: 硬件部分是以PLC為基礎(chǔ),采用上下位機結(jié)構(gòu),上位機采用工業(yè)級DELL PC站作為人機交互監(jiān)控界面,下位機采用SIEMENS S7-300 PLC系統(tǒng)作為過程控制單元,上下位機間采用工業(yè)以太網(wǎng)互聯(lián);軟件部分按照國家最新頒布的計量檢定規(guī)程編寫算法和數(shù)據(jù)報表并安裝于下位機中,可用于速度式流量計、容積式流量計、質(zhì)量流量計、電磁流量計、渦街流量計、渦輪流量計、超聲流量計等的檢定校準。

2 現(xiàn)狀與問題

流量檢定裝置是判斷流量計性能的基礎(chǔ),目前流量計檢定大部分都是通過檢定員查看銘牌,手工錄入出廠編號、型號規(guī)格、測量范圍、流量系數(shù)等被檢流量計的基本信息;檢定完成后生成的檢定記錄和檢定證書在檢定控制系統(tǒng)中保存與打印。檢定結(jié)果與計量管理系統(tǒng)中的設(shè)備信息以及其他應(yīng)用系統(tǒng)互不關(guān)聯(lián),檢定記錄和證書不能直接推送至應(yīng)用系統(tǒng),形成信息孤島,不符合企業(yè)信息化管理與設(shè)備完整性管理的要求。

流量計在運行過程中,受工藝操作、運行環(huán)境、儀表性能的影響,測量的準確性受到一定程度的制約,開展數(shù)據(jù)分析是計量數(shù)據(jù)管理的重要手段,由于沒有數(shù)據(jù)共享,分析時往往要在不同系統(tǒng)中核查,影響了分析的時效性與準確性。

隨著數(shù)字時代的來臨,數(shù)據(jù)共享逐漸成為計量技術(shù)發(fā)展的趨勢,采用平臺技術(shù)與數(shù)據(jù)標準接口銜接等方式,可實現(xiàn)流量計檢定數(shù)據(jù)的多渠道推送和數(shù)據(jù)深化應(yīng)用。

3 檢定系統(tǒng)總體架構(gòu)

流量檢定數(shù)據(jù)共享遵循“數(shù)據(jù)+平臺+應(yīng)用”的信息化技術(shù)要求,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全面感知與實時共享,消除信息孤島,通過 “云、邊、端”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu),標準的插件式接口,搭建了計量檢定控制系統(tǒng)與計量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享架構(gòu)[1-2],如圖2所示。

圖2 計量檢定控制系統(tǒng)與計量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享架構(gòu)示意

4 流量檢定數(shù)據(jù)共享機制

流量標準裝置的計量檢定控制系統(tǒng)是流量檢定數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ),不僅包含標準裝置的基礎(chǔ)信息,還包含流量計檢定過程及檢定結(jié)果的信息,構(gòu)建檢定控制系統(tǒng)與計量管理系統(tǒng)的信息共享機制,實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通,可以開展設(shè)備運行的可靠性與測量數(shù)據(jù)的準確性動態(tài)分析,是計量設(shè)備全生命周期管理的重要內(nèi)容,也是實現(xiàn)智能計量的基礎(chǔ)。

4.1 計量器具臺賬的建立與檢定計劃的生成

目前,大部分煉化企業(yè)已通過計量管理系統(tǒng)建立計量器具臺賬,但還沒有生成統(tǒng)一標識碼對設(shè)備進行分類管理,部分企業(yè)計量管理系統(tǒng)也已實現(xiàn)檢定計劃的信息化管理,依據(jù)周期檢定與臨時檢定需求在該系統(tǒng)中下達檢定任務(wù),檢定部門依據(jù)計劃對送檢的計量器具開展檢定。

該系統(tǒng)設(shè)置到期檢定與檢定委托提醒功能,對于新采購的流量計,抽檢合格后入庫,同時在該系統(tǒng)中建立計量器具臺賬,對于故障維修后的流量計,通過臨時檢定計劃進入流量計檢定流程。以該企業(yè)為例,內(nèi)部各單位的分工設(shè)置包括: 計量專業(yè)部門對企業(yè)計量器具實行統(tǒng)一管理,各運行部負責本單位計量器具的使用、維護及管理工作;物資采購部門負責計量器具采購、抽檢和入庫驗收;檢定站負責計量器具的檢定/校準以及對故障計量器具的維修。各單位在計量管理系統(tǒng)中發(fā)起委托并將計量器具送至檢定站,由檢定站負責接收。

4.2 數(shù)據(jù)采集

計量器具二維碼唯一標識的推行,使計量器具基本信息采集方式有了根本性的改變,檢定時只要通過手機或其他移動終端上的檢定軟件App,掃描器具上的“二維碼”,就可以完成信息的讀取[3],所讀取的信息包含: 器具類別、器具位號、器具出廠編號、測量范圍、準確度等級等,并通過“5G”無線網(wǎng)絡(luò)實時上傳至檢定控制系統(tǒng),實現(xiàn)信息溯源。通過該方式,流量標準裝置可以方便地采集到被檢流量計的基本信息,并自動將信息代入流量計檢定記錄的相應(yīng)字段中生成流量計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4.3 檢定數(shù)據(jù)的傳輸

檢定員根據(jù)檢定規(guī)程或生產(chǎn)實際需要完成檢定點設(shè)置后,流量標準裝置進行自動檢定,檢定過程的數(shù)據(jù),在檢定結(jié)束后自動生成標準格式的數(shù)據(jù)記錄,步驟如下:

1)檢定數(shù)據(jù)和檢定記錄、證書通過接口存放于系統(tǒng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)擺渡區(qū),計量管理系統(tǒng)定期從數(shù)據(jù)擺渡區(qū)取回數(shù)據(jù)和文檔,存放入計量管理系統(tǒng)檢定流程中的檢定記錄確認界面,點擊臺賬更新后,檢定證書自動保存在計量器具臺賬中,便于查詢。

2)為了便于追蹤和分析貿(mào)易流量計的計量性能,計量管理系統(tǒng)還存儲檢定過程的各項數(shù)據(jù),通過查閱儀表各流量點的誤差、重復性等數(shù)據(jù),分析儀表的性能與貿(mào)易交接計量數(shù)據(jù)的準確性,為計量糾紛的處理提供技術(shù)支持。流量計檢定記錄中的各項數(shù)據(jù)以表單形式保存,通過數(shù)據(jù)擺渡區(qū)接口存放在計量管理系統(tǒng)的流量計檢定數(shù)據(jù)庫中,供隨時提取。

每臺流量計經(jīng)過長期運行,累積了大量的檢定數(shù)據(jù),通過分析流量計的計量性能變化趨勢,對于計量流量計長周期運行性能的評估,確定檢定周期間隔和日常維護都有較高的應(yīng)用價值。當流量計在實際運行中遇到問題時,也可從檢定數(shù)據(jù)的角度幫助分析差異原因,起到事半功倍的效果。

5 流量檢定數(shù)據(jù)應(yīng)用及效果

5.1 檢定裝置的質(zhì)量控制

目前,對于流量標準裝置的定期核查[4],多以性能穩(wěn)定、高精度的質(zhì)量流量計作為核查標準。由于檢定控制系統(tǒng)中各種配套設(shè)備及流量標準裝置運行的穩(wěn)定性對檢定結(jié)果影響較大,構(gòu)成了一個較為復雜的系統(tǒng),單一的定期核查方法很難發(fā)現(xiàn)部分問題,而且該方法間隔比較長,一旦發(fā)現(xiàn)問題,要追溯比較困難,所以通過在檢定過程中獲取的各種數(shù)據(jù)開展大數(shù)據(jù)分析,保證檢校結(jié)果質(zhì)量具有重要意義。靜態(tài)質(zhì)量法與標準表法流量檢定裝置一般采用共用檢測管路設(shè)計,如果以流量計標準表法核查靜態(tài)質(zhì)量法標準裝置可以達到事半功倍的效果。

本文介紹的靜態(tài)質(zhì)量法流量標準裝置和標準表法標準裝置采用共用檢測管路,分別在DN25,DN40,DN50,DN80,DN100,DN150,DN200,DN250,DN300共9條獨立檢定管線上配置了準確度等級為0.2%的進口電磁流量計和準確度為0.05%的高精度科里奧利質(zhì)量流量計作為標準表。以下以管徑DN80為例,介紹利用質(zhì)量法流量標準裝置對電磁流量計的校準,檢定結(jié)果如圖3所示。

圖3 DN80上電磁流量計的檢定結(jié)果示意

由圖3可知,選用的電磁流量計的準確度滿足誤差為0.2%的要求。

在積累裝置性能的基礎(chǔ)上有效設(shè)置平均值控制圖和標準差控制圖的控制限,并對數(shù)據(jù)進行判定,均未出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)點,表明質(zhì)量法流量標準裝置是可控的。

5.2 共享數(shù)據(jù)的應(yīng)用

對于日常貿(mào)易交接數(shù)據(jù)管理,大部分煉化企業(yè)都會將數(shù)據(jù)采集到計量管理系統(tǒng)中實現(xiàn)自動比對和超差報警以監(jiān)控流量計的運行狀態(tài)[5]。當出現(xiàn)異常時,可隨時調(diào)用流量計檢定數(shù)據(jù),以檢定角度分析的結(jié)果作為差異分析的原因之一。

以該煉化企業(yè)92號汽油管輸流量計出廠計量為例,采用流量計量表與油罐計量數(shù)據(jù)進行比對,2022-01-09—2022-02-28期間連續(xù)22筆數(shù)據(jù)比對,比對差異正偏差的有19筆,占86.3%,油罐計量和流量計計量比對差率如圖4所示。

圖4 油罐計量和流量計計量數(shù)據(jù)比對差率示意

發(fā)現(xiàn)差異后,技術(shù)人員調(diào)用最近一次該流量計的檢定數(shù)據(jù),查看常用流量點附近示值誤差正常。排查示值誤差原因外,發(fā)現(xiàn)因工藝操作變化引起輸送壓力變化,原設(shè)置的壓力補償方法錯誤,調(diào)整后比對差異正常。

計量檢定數(shù)據(jù)的溯源與測量結(jié)果的比對,是測量過程管控的重要內(nèi)容,只有在數(shù)據(jù)共享機制下,才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通,把各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)存放計量管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理,才能實現(xiàn)跨系統(tǒng)間敏捷控制與回歸分析,提高計量數(shù)據(jù)分析的唯一性和實時性。

6 結(jié)束語

基于“數(shù)據(jù)+平臺+應(yīng)用”的信息化技術(shù),搭建了流量標準裝置與計量管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享架構(gòu),通過檢定數(shù)據(jù)共享,該方式大幅提高了流量計的檢定效率。隨著數(shù)字時代的來臨,運用大數(shù)據(jù)、云計算、AR/VR等技術(shù)構(gòu)建智能計量云平臺,實現(xiàn)“云抄表”“云送檢”等智能計量管控模式,是計量管理與信息化的深度融合的最好闡述,進一步拓展檢定業(yè)務(wù)與計量數(shù)據(jù)的服務(wù)能力。