自动化控制系统中的流量仪表应用

闫文

（河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南 新乡 453731）

0 引言

在我国工业产业体系逐步完善的背景下，自动化控制模式也伴随着工业生产、自动加工等模式实现技术体系的逐步优化。自动化仪表及控制系统在工业产业化工产业中的实现，可以通过相关组件与内部集成系统的支撑，实现基于系统变量的终端指令操控，以保证各个部件在运行过程中可以通过外部传感器内部系统的指定对接形式，真正实现对组件、空间位置、各类运行状态的有效调控。本文通过结合不同类型的自动化控制系统，对流量仪表的应用展开研究。

1 仪表自动化控制系统概述

仪表自动化控制系统是自动化系统中的一个非常重要的组成部分，并且具有输入信号转为输出信号的功能，在一套设备中的作用就如人的大脑神经中枢对人产生的作用，通过提供一些数据信息真实反映设备运行的实际状况，并在此基础上实现设备运行有效监控。而自动化仪表在自动控制系统中占据着十分重要的地位，从用途角度入手，自动化仪表可以分为监测、显示、转换、调节控制、执行等仪表；从组成形式角度入手，可以分为单元组合式仪表、集中分散型控制系统、组装式电子综合控制装置等；从使用系统角度入手，可以分为生产系统检测和安全系统检测仪表两种类型，并且在生产生活的各个领域中都得到广泛运用，所兼具的显示、记录、监测、控制等多重功能，也为现代化生产、管理和控制提供有力支持。另外，随着自动化和科学技术不断发展，对仪表自动控制系统也提出了更高要求，越来越多的生产要求仪表自动控制系统要实现智能化控制，进而达到生产操作便捷化、系统运行安全可靠等目的[1]。

2 仪表自动化控制系统的功能

仪表自动化功能的实现，在一定程度上加快了我国智能化生产水平，有效规避了因为人工因素所造成的工业生产问题，对于我国工业产业而言具有重要的促进意义。从实际功能来看，仪表自动化所呈现出的属性如下。

（1）编程功能。仪表所具备的编程功能是保证其在相关系统中实现自动化智能化的基础，通过编程程序来决定仪表在工作中的各类行为及路径，才可有效提高整体监测效率。

（2）计算分析功能。此类数据采集与计算可以进一步将操控终端所产生的数据信息集成到主系统中，然后将此类数据信息进行综合运算得出当前程序运行过程中的参数异常行为，并通过微型处理器将此类树枝进行同步反馈，以提高系统在运行过程中的处理精度。

（3）记忆功能。仪表在运行过程中所产生的参数变量属于动态的，且基准参数在核对过程中，将随着时间节点的推移而造成单一数量的冗余问题，进而令数据信息监测过程无法真正反映出当前系统运行中存在的各类问题。而通过记忆属性，则可以对设备运行过程中产生的各类参数问题进行同步采集与整合，通过全过程的参数调控来实现信息基准的核定，这样对于后续生产过程而言，则可以将此类数据参数的执行状态与基准参数进行同一时间节点下的反馈对比，进而为后续操控指令的下达与执行提供数据支撑。

（4）故障监督功能。仪表自动化所具备的故障检测功能主要是针对当前运行过程中所产生的数据信息来分析出此类数据是否存在一定的故障特点，并同步反馈到主系统中，令工作人员明晰故障问题的产生原因与时间点，进而做出预防措施，避免设备故障问题所造成的停工现象。

从工作原理来看，故障检测功能的实现主要是通过传感器采集到系统运行过程中的各类数据行为，然后与基准参数值进行实时比对，如果运行过程中的数据值超出基准值的范畴之外，则代表当前时间点下，系统运行存在一定的故障问题，进一步对其进行定位处理，以提高系统运行的安全性与稳定性[2]。

3 流量仪表选型原则

流量仪表俗称为流量计，现阶段流量仪表类型多样，如电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计、科氏力质量流量计等，每种类型的流量仪表都有其优缺点，所以在应用的过程中应结合具体的应用目的进行合理的选择，现阶段其被广泛地应用于工业生产自动化控制系统中[3]。

随着我国的迅猛发展，本土市场中企业之间的竞争压力也在不断加大。选择最具有经济效益的流量仪表，可以有效地减少企业的资金投入、减少成本预算。与此同时，还要考虑其在使用过程中整体的经济意义，以减少成本为前提，最大限度的达到企业生产的技术质量标准。目前，在我国流量仪表的选择中，基本上采用最合理化的仪器进行使用，并针对其合理化和应用性进行分析与对比。比如在流量仪表的使用和维护方面，流量仪表的使用寿命依据国产流量仪表与进口流量仪表对比可以看出，国产的流量仪表在使用上投资成本较大。在流量仪表的选择类型上，需要考虑到企业本身的经济能力，有效的选择最适合、经济实用性最高的型号，通过这种方法来实现减少工业企业经济的资金投入[4]。

另外，在选择流量仪表的过程中，需要保证该型号的流量仪表是否具备一定意义上的经济性和使用安全性。在实际工作环境下，流量仪表的使用受到了多种条件的限制，如被测流体的工艺条件、流量本身的具体流量大小以及操作环境中蒸气压强和密度等。其中，由于温度以及化工本身带有的腐蚀性的影响下，流量仪表在测量时，难免会出现数据偏差。在此前提下就需要针对不同的工作环境来选择有一定防护功效性和适用性的流量仪表配合工人人员的日常记录数据等操作。也可以通过日常的工作经验去选择对应合适的仪表型号，让流量仪表充分的达到工业生产的标准，进而可以有效提高工业生产过程中的安全性和实用性[5]。

4 自动化控制系统流量仪表分析

4.1 超声波流量计

超声波流量计的组成较为简单，主要包括3 个部分，分别为流量显示大屏、用于能量转换的换能器以及电子线路。超声波流量计之间主要是通过电信号和超声波能量信号的两次转换过程，以被测流体为介质，将所测的结果显示在屏幕中，供人们观看和记录。超声波流量计使用双平衡信号，差分发射方式对顺序流动的声波和逆序流动的声波加以处理并测量结果，传输时间根据相应的传输时差来计算，得出流体的流速。超声波流量计稳定性较好，抗干扰性较强，已被广泛应用于各个行业当中，尤其是化工行业。超声流量计的原理如图1 所示。

图1 超声流量计原理

4.2 抗震涡街流量计

抗震涡街流量计主要是依据卡门的涡街理论而制成的一种速度式流量仪表。在同类的流量计中具有抗震性强，噪音小的优点。他采用了该机型独有的防护措施，保障了测量数据的稳定性，减少了测量的误差。涡街流量计主要有三种形式，基本型，温差补偿型和差压型。其中温差补偿型可以同时对流量信号，压力以及温度进行测量，而差压型主要是直接测量流体的质量流量。涡街流量计的原理是采用了卡门的涡街现象，当介质按照一定的速度经过流量计的旋转发生体时，它的两侧会形成交替变化的流量涡旋，这种涡旋也被称为卡门涡街。其中卡门涡街的流转频率与流体的流速是成正比关系的。通过检测出的频率，进而可以得到流体的流速。

4.3 弯管流量计

弯管流量计的工作原理是流体经过管道流向弯管，流体类似于流过了一个整流器，对弯管的管壁产生导流作用，流体内侧会被加速，外侧则会被减速，整个流体会近似整流成一种自然涡旋的梯形速度流动模式。其中也遵循质量守恒和动量守恒定律，流过相同截面的流体，它的能量是不变的。因此，会形成弯管内外侧的测压差，按照相应数学公式的计算，就能得到流体流速和流量之间的计量公式。弯管流量计的主要组成部件包括主机和弯管传感器，同时还配备着压力变送器，温度变送器以及差压变送器。差压变送器主要是用于测量弯管传感器之间产生的差压值。压力和温度变送器对于不同的系统来说具有不同的定义，在化工领域必不可少，原则上必须配备温度和压力变送器。在测量弯管传感器的差压，同时也可以对介质进行温度和压力值的测定，达到必要条件对其进行温差补偿。弯管流量计在实际的工作之中不会产生磨损，即使流体高速冲击划过，也不会对其产生任何的扭曲、振动以及变形。

4.4 科里奥利质量流量计

科里奥利质量流量计的主要工作原理是旋转中的某个质点会在特定的时间内朝旋转中心旋转，会产生一定的惯力，当流体进行移动时，会使质点会产生法向加速度和切向加速度，通过已知的公式和参数计算出科里奥力，通过科里奥力与常量的换算求出流体流于管道内的流量。随着不断发展，以科里奥利力为原理而设计的流量计主要分为四种，直管型、弯管型、单管型和双管型。同孔板式差压流量计相比，他的数据精确度较高，可用于较大的量程范围，对较大的流体流量进行高准确的测量。对于特定的流体介质，该流量计可以准确并一次性测量出其内在的压力和表面温度，具有较大的工作稳定可靠性。此外，科里奥利质量流量计管道内部任何的部件都不可以移动，因此使用寿命较长，维修性较小。该流量计不仅仅可以测量一般流体，还可以测量高黏度甚至是非牛顿型的流体。

5 流量仪表在自动化控制系统中的应用方向

5.1 锅炉送风应用

流量仪表在此方面应用主要是对蒸汽、空气、送风等进行测量，例如现阶段在此方面广泛应用的漩涡型流量仪，利用漩涡剥离机制，使测量对象在经过其传感感知系统后先后生成高压区和低气压区，进而产生存在漩涡的真空带，这种压力差会直接致使区域出现压力波动，而压力波动的频率与流量之间具有显著的正相关性，可以反映流动速度、单位时间流动量等数据[6]。

5.2 石油开采应用

在此方面应用流量仪表的作用是计量产油量，并对单个产油井的开采量进行计算。首先应用质量流量仪表和相关的传感器对原油温度、密度、流量等信息进行采集，然后上传至处理器，并结合相关模型算法对其进行计算处理，将处理结果通过设定的传输协议输送至监控计算机，进而完成显示、存储等操作，使小组的石油开采量得到准确的体现[7]。

5.3 污水处理应用

现阶段流量测量仪的应用类型会结合具体的污水处理检测位置进行选择，现阶段超声波流量仪在污水处理企业自动化控制系统中的应用较为普遍。其中，超声波流量仪具有巴氏仪表槽，可以实现对污水流量的准确检测，而且可结合测量的实际需要对阀门的开度，进水流量规模等进行合理的控制，使污水流量在污水处理过程中得到灵活的管控。

6 结语

随着现代社会经济和科学技术的不断发展，仪表自动控制系统在工业领域中也得到了十分广泛的应用。其中，流量仪表的选择是否合理高效，与生产进度有直接的关系，高效且实用性强的流量表可以进一步促进生产工程的进度。