基于实例分析的自动化控制系统中流量仪表的应用

严俊杰（鄂州职业大学机械工程学院,湖北 鄂州 436000）

基于实例分析的自动化控制系统中流量仪表的应用

严俊杰
（鄂州职业大学机械工程学院,湖北 鄂州 436000）

流量测量是工业自动化控制系统的一个重要功能，流量仪表在石油、电力、食品、污水处理等行业的自动化控制系统中广泛应用，本文电力企业、石油企业和污水处理企业的自动化控制系统为例研究了流量仪表的应用及其工作机制问题。

实例分析；自动化控制系统；流量仪表；应用

1　引言

伴随着我国工业生产的发展，工业自动化系统对于促进工业生产管理的自动化和智能化起了重要的促进作用，流量测量是工业自动化系统的一项重要功能，对于某些行业如电力、石油、污水处理等行业非常重要，在这些行业的工业自动化控制系统中流量仪表被广泛应用于流量测量中，重要用来测量其流量大小、压力高低和温度情况等参数。本文正是基于电力、石油、污水处理三大行业的实例探讨和研究流量仪表在自动化控制系统中的应用，具有较高的应用价值和实用意义。

2　流量仪表应用情况概述

工业自动化控制系统中流量测量工作是一种最为常见的工作，其在电力、化工、冶金、石油、食品等领域广泛应用，在涉及到物体转移和互换的情况下都会涉及到流量测量工作，流量测量工作在工业自动化系统中通常要借助流量仪表来实现。根据流量仪表测量工作机制的差异，流量仪表包括很多类型，随着现代测量技术在流量仪表中的应用，流量仪表先后经历了差压式流量仪表、容积式流量仪表、电磁式流量仪表以及其他类型的流量仪表等，其结构上日趋简洁但功能上日益多样，工业自动化系统能否精确稳定地工作在很大程度上取决于流量仪表的精确度和准确率。

3　发电企业自动化控制系统中流量仪表的应用

发电企业自动化控制系统流量测量中流量仪表的应用主要在锅炉送风和烟气脱硫中，下面从这两个方面探讨其具体应用状况。

（1）锅炉送风工艺中流量仪表主要用来测量蒸汽、空气以及送风等的流量，漩涡型流量仪表最为常见，这种流量仪表基于速度原理采用漩涡剥离机制进行流量的测量，当风力、蒸汽等通过流量仪表的传感感知系统时可以产生一个高气压区，继续前行就会进入风力蒸汽加速区域，这时会形成一个低气压区，并在后部生成一个有漩涡的真空带，于是在压力差的作用下形成压力波动，流量大小与波动频率成正比例关系，因此通过测量风力蒸汽的振动频率就可以计算出其流动速度，并进而测得其单位时间内的流量大小。

以锅炉送风流量的测量为例，锅炉送风流量是评价锅炉和风机运行情况的重要指标，其对于锅炉燃料燃烧质量的自动化控制具有重要影响，一般发电企业的锅炉送风管道多采用矩形横截面进行设计，使用一般的流量仪表很难准确地进行计量，而漩涡型流量仪表则可以很好地实现，使用漩涡型流量仪表对锅炉送风流量进行测量时，要组建包括转换器、传感器、控制器装置等在内的系统，传感器包括漩涡检测传感器和漩涡发生传感器两个组成部分，其功能是负责计量锅炉送风流量并将之转化为波动频率信号，转换器负责将波动频率信号放大并输送到控制器，控制器用来显示、记录、分析锅炉送风流量的结果，管理人员可以将此结果作为评价锅炉运行质量的指标。

在测量过程中需要注意的是流量仪表量程的选择以及压力、温度等参数的设置问题，一般来说被测量气体的流量在仪表测量最大值的[1/2,2/3]区间内可以确保流量仪表的测量误差在可以接受的范围内，同时还要辅之以准确精密的压力、温度测量仪器，这样才能有效地保证测量结果的精度和可信度。

（2）发电企业的烟气在排放到大气之中前出于环境保护问题要做脱硫处理。烟气的温度较高且粉尘含量高，腐蚀性很强，同时烟气道中通常存在漩涡流，使得烟气流量测量工作很难进行，因此通常的做法是设置若干个测量点来获得其平均值。实际应用中发电企业一般会设置一下几个流量测点，一次风流量测点、二次风流量测点、锅炉入口气体流量测点、脱硫烟气流量测点等。在对脱硫烟气流量进行测量时，根据热扩散机制，基于流过传感器的烟气温度差和流量的相关关系，并将之转换为具有线性关系的流量信号，并通过相关流量模型和输出控制装置再次转换为控制信号，最后使用相关感应设置进行系统控制。

4　石油开采企业自动化控制系统中流量仪表的应用

石油开采企业自动化控制系统中流量仪表主要用来对产油量进行计量和分析，对产油井的开采量进行统计，对于石油开采企业进行生产安排和作业计划具有重要作用。石油开采企业一般可以分为若干个开采小组，出于绩效考核的目的需要对每个开采小组的原油开采量进行单独计量，其通常做法是：每个采油小组的原油经过分离器分为三部分，一部分经由调节阀流向压气站，一部分经由电磁流量仪表流经沉降罐，另一部分经由质量流量仪表流向缓冲罐。

开采出来的原油经过质量流量仪表，相应的传感器设备采集原油的温度、密度、流量等参数信息并上传到处理器，通过相关模型算法将采集到的信息参数进行计算，然后通过信息传输协议传送到监控计算机，监控计算机负责处理结果的存储、显示、报表生成、打印等，可以实现对多个采油小组计量系统的监控。另外在油田开采转井现场，深井作业普遍存在着重材浪费问题，为了解决这个问题，可以借助流量仪表的传感器对钻井原油的密度、粘度等参数进行分析，然后通过计算机构建系统控制流程，从而提高深井原油开采中重材的回收利用效率，节约材料费用。

5　污水处理企业自动化控制系统中流量仪表的应用

随着城市化进程的加快和工业生产用水量的大量增长，污水处理问题日益突出。流量仪表在污水处理企业自动化控制系统中的应用非常普遍和广泛，不同种类的污水中含有的杂质、悬浮物、病菌、废金属等物质是不同的，所以不同污水处理检测地点所使用的流量仪表类型也不相同，最为常用的是超声波流量仪表和电磁流量仪表，超声波流量仪表的体积小、精度高、系统集成较好，应用比较广泛。下面以超声波流量仪表在污水处理中的应用为例探讨其具体流程和机制。超声波流量仪表在巴氏仪表槽的辅助下，对污水流量大小进行监控，控制进水流量大小和阀门的开闭程度，从而实现污水处理过程中对污水流量的控制，其具体过程如下：超声波流量仪表系统的传感器在检测到流量信息后，根据相关参数计算出污水流量所对应的高度，并将该参数传输到控制系统的处理器中进行计算并转化为相应的脉冲信号，再讲该信号传输到PLC可编程控制器，最后输出到显示设备中进行显示，显示的相关参数信息包括污水流量的最大值、最小值、平均值、瞬时值等信息，并可以对污水流量进行统计查询和打印。此外故障判断逻辑器可以根据相关参数值检测和识别流量异常情况和系统故障程度，并将相关的警报信息显示出来，提示相关操作人员调节进水阀门以控制污水流量，从而满足既定生产工艺所要求的最佳污水处理量。更为先进的污水处理企业自动化控制系统中可以将污水流量作为一个变量进行处理，将该变量的值输入到系统中，由程序根据该参数的值自动控制进水阀门的开闭程度，进水阀门由程序进行自动化控制，可以再不需要人工操作的情况下自行处理，这样系统的工作效率可以大幅度地提高。

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严俊杰（1971—），男，湖北鄂州人，本科，讲师，研究方向：机电一体化。