基于實例分析的自動化控制系統中流量儀表的應用

嚴俊杰（鄂州職業大學機械工程學院,湖北 鄂州 436000）

基于實例分析的自動化控制系統中流量儀表的應用

嚴俊杰
（鄂州職業大學機械工程學院,湖北 鄂州 436000）

流量測量是工業自動化控制系統的一個重要功能，流量儀表在石油、電力、食品、污水處理等行業的自動化控制系統中廣泛應用，本文電力企業、石油企業和污水處理企業的自動化控制系統為例研究了流量儀表的應用及其工作機制問題。

實例分析；自動化控制系統；流量儀表；應用

1　引言

伴隨著我國工業生產的發展，工業自動化系統對于促進工業生產管理的自動化和智能化起了重要的促進作用，流量測量是工業自動化系統的一項重要功能，對于某些行業如電力、石油、污水處理等行業非常重要，在這些行業的工業自動化控制系統中流量儀表被廣泛應用于流量測量中，重要用來測量其流量大小、壓力高低和溫度情況等參數。本文正是基于電力、石油、污水處理三大行業的實例探討和研究流量儀表在自動化控制系統中的應用，具有較高的應用價值和實用意義。

2　流量儀表應用情況概述

工業自動化控制系統中流量測量工作是一種最為常見的工作，其在電力、化工、冶金、石油、食品等領域廣泛應用，在涉及到物體轉移和互換的情況下都會涉及到流量測量工作，流量測量工作在工業自動化系統中通常要借助流量儀表來實現。根據流量儀表測量工作機制的差異，流量儀表包括很多類型，隨著現代測量技術在流量儀表中的應用，流量儀表先后經歷了差壓式流量儀表、容積式流量儀表、電磁式流量儀表以及其他類型的流量儀表等，其結構上日趨簡潔但功能上日益多樣，工業自動化系統能否精確穩定地工作在很大程度上取決于流量儀表的精確度和準確率。

3　發電企業自動化控制系統中流量儀表的應用

發電企業自動化控制系統流量測量中流量儀表的應用主要在鍋爐送風和煙氣脫硫中，下面從這兩個方面探討其具體應用狀況。

（1）鍋爐送風工藝中流量儀表主要用來測量蒸汽、空氣以及送風等的流量，漩渦型流量儀表最為常見，這種流量儀表基于速度原理采用漩渦剝離機制進行流量的測量，當風力、蒸汽等通過流量儀表的傳感感知系統時可以產生一個高氣壓區，繼續前行就會進入風力蒸汽加速區域，這時會形成一個低氣壓區，并在后部生成一個有漩渦的真空帶，于是在壓力差的作用下形成壓力波動，流量大小與波動頻率成正比例關系，因此通過測量風力蒸汽的振動頻率就可以計算出其流動速度，并進而測得其單位時間內的流量大小。

以鍋爐送風流量的測量為例，鍋爐送風流量是評價鍋爐和風機運行情況的重要指標，其對于鍋爐燃料燃燒質量的自動化控制具有重要影響，一般發電企業的鍋爐送風管道多采用矩形橫截面進行設計，使用一般的流量儀表很難準確地進行計量，而漩渦型流量儀表則可以很好地實現，使用漩渦型流量儀表對鍋爐送風流量進行測量時，要組建包括轉換器、傳感器、控制器裝置等在內的系統，傳感器包括漩渦檢測傳感器和漩渦發生傳感器兩個組成部分，其功能是負責計量鍋爐送風流量并將之轉化為波動頻率信號，轉換器負責將波動頻率信號放大并輸送到控制器，控制器用來顯示、記錄、分析鍋爐送風流量的結果，管理人員可以將此結果作為評價鍋爐運行質量的指標。

在測量過程中需要注意的是流量儀表量程的選擇以及壓力、溫度等參數的設置問題，一般來說被測量氣體的流量在儀表測量最大值的[1/2,2/3]區間內可以確保流量儀表的測量誤差在可以接受的范圍內，同時還要輔之以準確精密的壓力、溫度測量儀器，這樣才能有效地保證測量結果的精度和可信度。

（2）發電企業的煙氣在排放到大氣之中前出于環境保護問題要做脫硫處理。煙氣的溫度較高且粉塵含量高，腐蝕性很強，同時煙氣道中通常存在漩渦流，使得煙氣流量測量工作很難進行，因此通常的做法是設置若干個測量點來獲得其平均值。實際應用中發電企業一般會設置一下幾個流量測點，一次風流量測點、二次風流量測點、鍋爐入口氣體流量測點、脫硫煙氣流量測點等。在對脫硫煙氣流量進行測量時，根據熱擴散機制，基于流過傳感器的煙氣溫度差和流量的相關關系，并將之轉換為具有線性關系的流量信號，并通過相關流量模型和輸出控制裝置再次轉換為控制信號，最后使用相關感應設置進行系統控制。

4　石油開采企業自動化控制系統中流量儀表的應用

石油開采企業自動化控制系統中流量儀表主要用來對產油量進行計量和分析，對產油井的開采量進行統計，對于石油開采企業進行生產安排和作業計劃具有重要作用。石油開采企業一般可以分為若干個開采小組，出于績效考核的目的需要對每個開采小組的原油開采量進行單獨計量，其通常做法是：每個采油小組的原油經過分離器分為三部分，一部分經由調節閥流向壓氣站，一部分經由電磁流量儀表流經沉降罐，另一部分經由質量流量儀表流向緩沖罐。

開采出來的原油經過質量流量儀表，相應的傳感器設備采集原油的溫度、密度、流量等參數信息并上傳到處理器，通過相關模型算法將采集到的信息參數進行計算，然后通過信息傳輸協議傳送到監控計算機，監控計算機負責處理結果的存儲、顯示、報表生成、打印等，可以實現對多個采油小組計量系統的監控。另外在油田開采轉井現場，深井作業普遍存在著重材浪費問題，為了解決這個問題，可以借助流量儀表的傳感器對鉆井原油的密度、粘度等參數進行分析，然后通過計算機構建系統控制流程，從而提高深井原油開采中重材的回收利用效率，節約材料費用。

5　污水處理企業自動化控制系統中流量儀表的應用

隨著城市化進程的加快和工業生產用水量的大量增長，污水處理問題日益突出。流量儀表在污水處理企業自動化控制系統中的應用非常普遍和廣泛，不同種類的污水中含有的雜質、懸浮物、病菌、廢金屬等物質是不同的，所以不同污水處理檢測地點所使用的流量儀表類型也不相同，最為常用的是超聲波流量儀表和電磁流量儀表，超聲波流量儀表的體積小、精度高、系統集成較好，應用比較廣泛。下面以超聲波流量儀表在污水處理中的應用為例探討其具體流程和機制。超聲波流量儀表在巴氏儀表槽的輔助下，對污水流量大小進行監控，控制進水流量大小和閥門的開閉程度，從而實現污水處理過程中對污水流量的控制，其具體過程如下：超聲波流量儀表系統的傳感器在檢測到流量信息后，根據相關參數計算出污水流量所對應的高度，并將該參數傳輸到控制系統的處理器中進行計算并轉化為相應的脈沖信號，再講該信號傳輸到PLC可編程控制器，最后輸出到顯示設備中進行顯示，顯示的相關參數信息包括污水流量的最大值、最小值、平均值、瞬時值等信息，并可以對污水流量進行統計查詢和打印。此外故障判斷邏輯器可以根據相關參數值檢測和識別流量異常情況和系統故障程度，并將相關的警報信息顯示出來，提示相關操作人員調節進水閥門以控制污水流量，從而滿足既定生產工藝所要求的最佳污水處理量。更為先進的污水處理企業自動化控制系統中可以將污水流量作為一個變量進行處理，將該變量的值輸入到系統中，由程序根據該參數的值自動控制進水閥門的開閉程度，進水閥門由程序進行自動化控制，可以再不需要人工操作的情況下自行處理，這樣系統的工作效率可以大幅度地提高。

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嚴俊杰（1971—），男，湖北鄂州人，本科，講師，研究方向：機電一體化。