面向高耗能企业的组态型智能流量仪的探讨

摘要：能源是经济发展的原动力，对高耗能企业而言尤其如此。随着生产节奏的加快，用能设备数量和用能情况变化的增加以及生产复杂程度增加，氧气、蒸汽等能源的供需矛盾也越来越突出。组建流量监控中心，对各种煤气、氧气、蒸汽和水的回收、储存、分配和供送进行集中管理，合理有效的利用能源，是保证企业生产连续稳定的重要手段。本文研究的组态型智能流量仪内置多种数学模型和密度补偿方式，可以通过不同的组态满足不同工况条件下的流量测量需求，而且精度高，为企业实现降本增效和节能减排奠定了坚实的基础。

关键词：组态；数学模型；密度补偿

中图分类号：TK

文献标识码：A

1目前很多企业在流量监控方面还存在很多问题，具体表现在监控点不全面，采用的数据采集仪表模型单一，界面不友好，无法组态，无法组网等方面。这直接导致了流量计量数据的不全面和不准确，以及现场数采仪表管理的混乱，岗位工人操作维护的困难，还有数据汇总困难等等问题。为了解决这个问题，本文提出了组态型智能流量仪的解决方案，组态型智能流量仪内置多种数学模型和密度补偿方式，可以进行多种组态，以满足不同待测介质的需求。而且通过内部硬件电路的设计，使仪表可以输入电压、电流、频率等多种信号，充分适应现场工况多变的实际需求。

2 系统设计方案

该组态型智能流量仪包括软件和硬件两个部分，下面分别对其进行说明：

2.1 硬件部分总体架构

硬件系统是整个仪表的骨架，是软件系统的载体。在结构设计，器件选择时，充分考虑自身加工技术能力和市场保障能力。根据概念设计阶段对硬件提出的需求，硬件系统共有5个功能构件组成，其总体架构如下图所示：

硬件部分总体架构图

其中输入/输出接口构件是一个独立单元，主要完成读输入信号采集、计算；数据存储和实时流量值的输出，并通过内部通讯总线完成数据的上传和系统参数的下载。

人机交互构件是完成人与仪表之间交流信息的窗口。

网络通讯构件是仪表的通讯单元，其主要任务是完成数据的上传和下载。

系统协调构件是整个仪表中心枢纽，起着统驭系统运行机制，协调各构件工作状态的作用。

电源系统构件是整个仪表的动力系统，为了高仪表的抗干扰能力，系统采取浮空供电方案，输入输出电源相互隔离。系统电源为宽限开关式稳压电源，提高了仪表对现场电源的适应能力。

2.2 软件部分总体架构

为了提高仪表的响应速度和通讯效率，本机软件采用了一主多从的操作模式，共有三个子系统：主机软件子系统；流量计算从机软件子系统；通讯从机软件子系统。软件部分架构如下图所示：

软件部分总体架构图

其中主机软件子系统主要完成键盘响应，信息显示，工作模式组态，与从机交换信息。由于硬件采用简约键盘，所以键盘管理程序采用一键多义模式。显示程序采用定时刷新技术，与从机之间的信息交流采用数据块搬运技术，以提高数据的传输效率。

流量积算从机软件子系统主要完成数据采集、积算、转换等任务。包括数据采集子程序、数据积算子程序和数据输出三个子程序；其中数据积算子程序又包括四字节浮点数计算子程序；工程量转换子程序；小信号切除子程序以及瞬时流量数摸转换子程序等构成。流量计算模型由主机下传的参数决定。

通讯从机软件子系统主要完成仪表和上位机通讯。为了提高通讯效率，将MODBUS通讯协议数据链路层规约嵌入程序中，由通讯子模块独立完成数据接收、发送和命令解释等任务。

3 仪表测试结果

仪表设计完毕后，进行了样机试制，并根据要求对样机进行了实验室和现场运行证明，达到了以下技术指标：

可输入包括电流、电压、频率三种信号，其输入范围如下：

①电流信号：4_20mA；②电压信号：1_5V；③频率：0_5KHZ

4 密度补偿范围如下：

①饱和蒸汽 补偿温度：100-300℃

②过热蒸汽 补偿压力：0.1-10MPa

补偿温度：150-500℃

③一般气体 补偿压力：0.1-14MPa

补偿温度：-50-500℃

④液体 补偿温度：-50-500℃

5 输出信号范围如下：

①流量变送电流输出：4_20mA（精度0.2）；②流量变送电压输出：1_5V（精度0.2）；③报警触点：AC250V/3ADC30V/3A

6 通讯状态：RS-485接口

波特率：2400BPS4800BPS9600BPS可编程

7 电源波动范围：电压在130V～260V变化时，系统精度不损失。

8 使用环境：温度：0_50℃

湿度：≤85RH

总结与展望

该组态型智能流量一经现场使用后，用户反映仪表自带编程键盘和汉化界面使编程简单易行，大大减轻了岗位操作工人记忆编程参数和界面辨认困难的问题。仪表提供的参数密码保护能有效防止意外修改；仪表提供的数学模型全面，能完成各种液体、气体、蒸汽的密度自动补偿和流量测量积算，组态方便。在样机试运行期间仪表运行可靠，计量准确，抗干扰能力强，通讯效率高，数据传输可靠，未发生死机、丢失数据、网络阻塞等影响网络畅通的现象。为该企业流体流量的实时监控和调度提供了有利的技术支持。

由于本人水平和实践经验有限，因此本文探讨的知识领域比较浅显，还存在很多不足，很多方面还有很大的升级空间。