上海科洋荣登仪表网2023视仪会秋季展最受欢迎直播榜TOP3！

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　　庞宝新 陈宁 汪新
 

　　(上海科洋科技股份有限公司，上海 201501)

 

　　摘 要：质量型平衡流量计的现场应用，替代了传统的平衡差压节流装置、差压变送器、压力变送器、温度变送器和流量计算机等的多部件组成，直接输出补偿后的质量流量信号，而用户仍希望能够将其测量到的其他信号给予输出至客户系统或数字信号远传。本文分别阐述了将质量型平衡流量计通过HART将多个参数传输至用户系统的方法、通过HART转换器进行解码以多路电流信号输出的方法和将流量计HART信号转换成MODBUS RTU输出三种方法。
 

　　关键词：平衡流量计 多参量 输出 应用
 

　　1 前言
 

　　差压式流量计在世界范围内有着广泛的应用，传统采用节流原件、差压变送器、压力变送器、温度传感器和流量积算仪进行流量的运算和补偿计算，随着科技的进步，多参数流量变送器能够替代传统的配置，仅一个流量变送器可测量差压、压力、温度并进行具有补偿功能的流量运算，使流量测量变得简单。作为差压式流量计行业最具性能优势的平衡节流技术与流量变送器有机结合，形成了质量型平衡流量计并出现在用户面前。然而工业现场用户希望将质量型平衡流量计测得的压力、温度和计算得到的流量、累计流量等参数进行输出，以节省系统测量点。本文讨论几种将质量型平衡流量计测得多个参量输出至用户系统的方法。
 

　　2 多参量输出至用户系统的方法
 

　　质量型平衡流量计通常是4-20mA+HART的输出方式，模拟量4-20mA通常代表瞬时流量，而HART作为数字通讯协议，是叠加在4-20mA信号上的1200HZ和2200HZ分别代表1和0位值的信号，而不会对模拟量信号造成任何干扰。可带载多个参数变量进行实时传输。而如何接入用户系统主要取决于用户系统的配置情况。
 

　　(1)DCS模块具有HART采集功能直接输入
 

　　控制系统常规AI采集模块采集4-20mA模拟量作，仅将HART作为仪表调试来用，一般在用户现场仅仅用手操器进行通讯读取信息和调试，而在具有资产管理功能的系统模块支持HART数字量采集的情况下，可以对变送器单元进行HART数字通讯，采用3号HART通用指令读取第一变量、第二变量、第三变量和第四变量，作为流量变送器这四个变量可以是瞬时流量、差压、压力、温度、累计流量等变量当中的四个，但这四个变量的内容和顺序是可以在变送器的配置中进行组态的，以适应实际需要。HART数字传输避免了传输过程中AD和D/A转换所带来的精度损失，可以实现无损传输，其精度优于模拟量传输。
 

图1 DCS HART采集示意图
 

　　下面列举了常见几个支持HART通讯的DCS厂商和设备：
 

　　a)Emerson： DeltaV系统可采用AI 8 channel 4-20mA HART或AI 16 channel 4-20mA HART模块在模拟量采集的基础上可以进行数字采集。可采用AMS软件对现场所有hart设备进行管理。
 

　　b)Honeywell ：PKS系统C300 I/O控制器的4-20mA模拟量采集卡支持4路HART采集功能。
 

　　c)FOXBOR: FBM214 8通道HART通讯输入接口组件 8 HART输入；
 

　　FBM216 冗余8通道0-20MA/HART通讯输入接口组件 冗余8AI/HART输入。
 

　　d)Hollysys：SM480 8路电流模拟量输入带 HART功能模块
 

　　其他厂家的系统模块未全部列出，敬请谅解。
 

　　湖北潜江某空分项目为了提高氧气测量精度，采用了EJX110A差压变送器，该变送器可直接测量差压和压力，流量计算和温压补偿在流量计量箱中进行，该流量计量箱的核心部件流量计算机是与变送器进行HART通讯采集的FC6000H，该项目中采用了两套A+K平衡流量计并配套了上述HART通讯的流量计算机，直接读取差压和压力信号，避免了电流传输的信号转换偏差、信号误差和信号干扰问题。自投运后一直稳定运行。
 

图2 潜江现场安装图
 

　　(2)采用转换器进行HART解码以多路电流信号输出
 

　　在系统不具有HART信号通讯采集功能的时候，AI仅具有4-20mA或1-5V的输入，而变送器只有一路4-20mA输出，并且其电流一般代表瞬时流量，若要读取其HART带载的其他信息可采用HART多路转换器进行信号转换和输出。通过转换可以实现最多三个额外变量以模拟量进行输出，常规第二变量为差压，第三变量为压力，第四变量为温度信号。具体第二、第三、第四变量所代表的含义由变送器配置软件进行配置决定，可以代表差压、压力、温度、热量等参数中的三个。
 

图3 HART转换成模拟量传输示意图
 

　　表1 HART转换器

 

　　在珠海某电厂至热力公司的蒸汽的管路中，采用具有补偿功能的质量型平衡流量计进行计量，需要通过GPRS将数据无线远传给热力公司，同时信号需要接入电厂系统进行显示，但在电厂系统仅支持4-20mA的电流接入，因此采用了一个转换器将HART信号转换为MODBUS RTU用于接GPRS进行远传，同时将HART信号解码为三路4-20mA的信号，分别代表瞬时流量、压力和温度，至目前为止，已稳定运行了十余年。
 

图4 珠海项目转换及远传
 

图5 珠海项目现场安装图
 

　　(3)将流量计的HART信号转换成MODBUS RTU输出
 

　　MODBUS RTU是系统常规使用的数字通讯协议，方便使用和管理，而在用户系统具备MODBUS通讯功能的前提下，可将流量计的HART信号经过转换器转换成MODBUS协议的信号接入系统。目前市场上有此类的产品，例如摩尔工业的 HCS HART转换器将HART变量转化为MODBUS RTU进行输出，给到控制系统，以方便系统对数据的读取。
 

图6 HART转换成MODBUS传输示意图
 

　　在北京某空分项目现场，采用的是质量型平衡流量计，而系统的接入需要MODBUS RTU信号，并且需要将瞬时流量、累计流量、压力和温度一同给到系统中。此处采用了HCS做为转换器，将信号转化成MODBUS RTU信号成功接入了用户系统中。
 

图7流量计现场安装图
 

图8变送器及转换模块现场安装图
 

　　3 结束语
 

　　通过以上三种将质量型平衡流量计信号输出至用户系统方法的讨论，可以轻易的将可以将具有补偿功能的平衡流量计上HART所带载的信息传送给用户系统，达到节省配置的目的。此应用建议仅可用于过程监控，涉及连锁控制和重要的温度压力参数仍建议采用单独的测量点进行测量。