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基于流量计量机和Intouch的气体分段计量系统设计流量计算机/Intouch/钢厂/气体计量1 引言在工业自动化日益发达的今天,流量计量对于相关的工业企业来说有着重要的社会经济价值,无论是供应商还是用户在流量计量方面都有着严格的要求。
根据法国液空计量的要求,设计出的以ROC809流量计算机、孔板流量计为硬件核心,以Intouch 10.1为软件平台的流量计算系统。
考虑到其计量的准确性与实时性,以及满足供应商与客户端双方计量的最大利益,我们在设计计量程序中采用分段计量的运算方式来解决以上问题。
在实际运行中,该系统对冶炼钢铁的过程中大量的氧气、氮气和氩气的计量准确度均有大幅度之提高,而且系统所提供的流量结算结果已获得供应商与用户的认可。
流量计量广泛应用于农业生产、国防建设、科学研究、对外贸易以及人民生活各个领域中,对保证产品质量、提高生产效率、保障生产安全、改进操作工艺改善生产条件、完善科学实验条件及促进科学技术发展等有着极其重要的意义[1]。
2 分段系统产生的意义与背景以法液空为例的气体分离制造商来说,气体的分离设备的精确以及提供给客户端的气体流量的精准成为与各自息息相关的因素,从而使气体供应商与用户形成了不可分离的紧密关系。
而对于如钢厂、碱厂、化肥厂等需要大量气体的企业工厂来说,有时候一段时间会大量用气,有时候会停止一段时间用气,这种波动较大、间歇性用气,一般计算流量的算法会有一些偏差。
用户方与供应商可能会发生较大分歧。
例如,当钢厂一段时间停止用气时,但是空分设备仍然要按照能耗最低、人力最低运转;客户需要大量供气时,空分设备需要开到满载状态,并且伴随着液态空气分离气化,对于能源和人力消耗巨大;所以如果按照一般计量的方法,势必会产生较大误差,并且不能满足互利原则。
为此,我们建立分段流量计算结算系统,以满足供应商与用户各自的要求。
针对现场实际情况我们设计了分段计量参数和相应的算法。
分段计量算法对供应商提供的氧气、氩气、氢气、氮气等气体进行了统一的、精确计算的同时,还快速生成直观的结算报表,确保了供用双方的交易要求。
科学技术创新2021.14基于PLC的燃气场站自控系统设计曾维康（广州杰赛科技股份有限公司，广东广州510000）燃气场站，是指使用气源性质为天然气的易燃易爆场所，一般为管网源头或者是有天然气储存的地点，可大致分类为LNG储配站、天然气门站、调压站、CNG加气站等。
站控系统是以计算机和工业控制技术为核心的控制系统，由它完成对场站的监控。
它由站控中心、站控系统PLC控制站、站控设备等组成。
站控中心的操作人员通过系统所提供的压力、温度、流量、设备运行状态等信息，完成对所有场站设备的运行监控和管理。
本文章将讲述基于PLC的燃气场站自控系统建设的具体应用，与实际状况相结合,采取有效的自动化管理的手段,实现场站自控系统的科学运营。
1应用范围适用于使用西门子S7-300、西门子S7-1200、等PLC设备与力控、INTOUCH、IFIX、KINGVIEW、MCGS等上位机组态软件组成的燃气场站控制系统的调试和配置。
系统软件为windows 平台，本文的举例是以西门子PLC300为核心的场站控制系统。
场站自控系统是整个燃气场站安全运行的必要操作监控手段，因此，场站控制系统软件必须稳定可靠，而且要有较强的通用性，便于第三方设备的通讯读取。
2自控系统详细功能2.1系统结构场站控制系统硬件组成主要由场站工控机（即站控电脑）、PLC控制柜、通讯数据接口等组成，必要时加入UPS不间断电源作为供电保障。
现场设备流程主要为：PLC控制柜通过配套AI、DI、AO、DO、485通讯模块等硬件连线与现场设备通讯，把现场的信号源通过PLC控制柜转换成能与上位机通讯的协议，利用场站实际要求开发的站控工程控制系统经过局域网与PLC 控制柜进行数据通讯，把现场设备相关参数经过程序换算处理后直观地展示给用户。
具体结构图如图1所示。
图1系统结构图PLC控制柜主要由CPU模块、冗余电源、远程I/O模块、通信模块、直流稳压电源等组成，IO点数需满足系统要求，并配置足够的备用通道，便于以后扩增设备。
一种便携式气体体积计量系统的设计徐伊岑【摘要】为了在实验室中计量厌氧发酵时产生的沼气体积,设计了一种便携式气体体积计量系统,并分析了系统的构成及运行流程,给出了主要硬件及软件设计方法.试验结果表明,该系统结构合理,使用方便,满足实验室测量气体体积的需要.【期刊名称】《无锡商业职业技术学院学报》【年(卷),期】2014(014)003【总页数】3页(P106-108)【关键词】厌氧发酵;气体体积计量;便携式【作者】徐伊岑【作者单位】无锡商业职业技术学院机电工程学院,无锡,214153【正文语种】中文【中图分类】TP368.4在实验室进行厌氧发酵实验[1]时，常需要测量产生的沼气的体积，商业上使用的气体计量仪表体积较大，其零件对沼气的湿度和腐蚀性敏感，不适宜在实验室使用，而通常采用的简单的液体置换方法需要手动回填，且在多个发酵罐同时工作的情况下，还需定时检视，使得工作量增大。
针对以上问题，本文提出了一种便携式气体体积计量系统，给出了主要硬件及软件的设计思路，以期在节省成本的同时，达到预定的效果，为类似系统的开发提供参考。
本文中的便携式气体体积计量系统主要由内外容器A、液位传感器B、控制器C和电磁阀D四个部分组成，如图1所示。
系统未工作时，供气阀和电磁阀D关闭，内外容器的液体柱齐平；工作时气体进入内容器挤压液体，从而在内外容器隔层之间形成一个液体柱。
当收集到100 ml的气体时，液面的高度在外容器达到最大，使得由电子电路控制的液面传感器被激活发出信号。
电磁阀被激活的时间大约为12 s，使气体排放，与此同时，控制器进行计数，气体排放完，系统恢复正常，准备接收更多气体。
（一）气体收集容器气体收集容器包括内、外容器，由两个材料为聚4-甲基戊烯的量筒组成，直径分别为47 mm、71 mm，高度均为180 mm[2]。
小直径量筒放置在大直径量筒内部，形成了内、外两个容器室，其中内容器用于收集生成的气体。
（二）液位传感器选用霍尼韦尔LLE系列光电液位传感器提供准确、可靠的液位测量。
2024年化工自动化控制仪表考试题及答案1、【单选题】1EC61158是()。
（A）A、现场总线国际标准B、局域网标准C、广域网标准2、【单选题】CENTUMCS3000系统中,某回路的报警状态显示为LL,可知该回路发生了()报警。
（C）A、MV值低低B、SV值低低C、PV值低低3、【单选题】DDZ-Ⅲ型仪表采用了集成电路和()型防爆结构,提高了防爆等级、稳定性和可靠性。
（B）A、隔爆B、安全火花C、增安D、无火花4、【单选题】ECS700系统是()公司的DCS产品。
（B）A、HoneywelB、浙江中控C、FOXＢORO5、【单选题】Intouch被广泛用做各种控制系统的人机界面软件,其强大的I/0SEVER功能支持与多种计算机控制系统的数据交换,它是()公司的产品。
（C）A、SIEMENSB、INTELLUTIONC、WONDERWARE6、【单选题】O型球阀的节流元件是带圆孔的球型体,常用于()。
（A）A、两位调节B、连续调节C、快速切断7、【单选题】“?/h;L/h”这些符号都是表示流量的单位,它们表示的是()流量的单位。
（B）A、质量B、体积C、速度8、【单选题】一个平置的双金属片,如果上面膨胀系数大,下面膨胀系数小,温度升高时,如何变化()。
（A）A、向下弯曲B、向上弯曲C、延长9、【单选题】一台差压变送器的使用量程为20KPa、测量范围为-10~10KPa,迁移量为()%。
（B）A、10C、-1010、【单选题】不同溶质在同一种溶剂中的溶解度()。
（C）A、完全不同B、基本相同C、可能相同11、【单选题】两相触电比单相触电()。
（B）A、更安全B、更危险C、一样12、【单选题】串级控制系统中,副控制器的正反作用取决于工艺要求和()。
（B）A、调节阀B、副对象C、副控制器13、【单选题】以下()表决逻辑适用于安全性很高的场合。
（B）A、二选二2oo2B、三选一1oo3C、三选二2oo314、【单选题】信号压力增加阀杆向下移动的执行机构叫()执行机构。
化工自动化控制仪表作业安全生产考试题库【3套练习题】模拟训练含答案答题时间：120分钟试卷总分：100分姓名：_______________ 成绩：______________第一套一.单选题(共20题)1.Tristation1131是()公司的控制组态软件。
A、ICSB、TRICONEXC、GE2.弹性元件是弹性压力计中直接感受()变化的测压敏感元件。
A、作用力B、压力C、被测压力3.阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键叫()。
A、共价键B、氢键C、离子键4.精度最高的就地温度计为()。
A、压力式温度计B、玻璃液体温度计C、双金属温度计5.调节阀阀内件材料一般为()。
A、铸铁B、不锈钢C、铸钢6.转子流量计指示值修正的原因,因为转子流量计是一种()仪表,须按不同的被测介质进行刻度。
A、标准化B、非标准化C、现场安装7.下面关于调节阀直线特性的叙述,不正确的是()。
A、相对流量Q/Qmax与相对行程ι/L成正比B、调节阀的放大系数为一常数C、相对流量Q/Qmax与相对行程ι/L成对数关系8.某调节阀相对流量(Q/Qmax)与相对行程(l/L)成对数关系,则其特性为()。
A、快开特性B、等百分比特性C、线性9.在西门子S7系列PLC中,()构成了S7CPU和用户程序的接口。
A、FCB、FBC、OB10.超声波流量计用来测量气体流量的频率通常在()KHz。
A、10-100B、100-200C、100-30011.分度号为K的热电偶错用了分度号为E的补偿导线,极性连接正确,则实际的温度如何()。
A、偏大B、偏小C、受接线处和冷端的温度影响12.CENTUMCS3000系统中,现场控制站FCS中()的功能是当FCU的供电单元故障时确保CPU的数据不丢失。
A、处理器卡B、总线接口卡C、电池单元13.可编程序控制器及其外围设备,都按易于与()联成一个整体,易于扩展其功能的原则设计。
A、其它可编程序控制器B、集散系统C、工业控制系统14.CENTUMCS3000系统中的回路调整画面中,HH是()。
基于流量计量机和Intouch的气体分段计量系统设计张博文;李喜东;朱明清【期刊名称】《自动化技术与应用》【年(卷),期】2012(031)007【摘要】本文详尽地介绍了根据液空(法国)计量的要求,为伊春市西林区西林钢铁制氧厂设计的气体计量系统.详细阐述了系统的结构、硬件设计、通讯方式的构成以及软件的设计思想.该系统已经投入运行,获得良好的计量效果.%According to the requirement liquid air measurement (France), aset of gas metering system for steel mill of Yichun is designed. The construction of system, design of hardware, the constitution of communication way and the design idea of software are described in detail. The system has already run and achieves good measurement effect.【总页数】4页(P82-85)【作者】张博文;李喜东;朱明清【作者单位】黑龙江省科学院自动化研究所,黑龙江哈尔滨 150090;黑龙江省科学院自动化研究所,黑龙江哈尔滨 150090;黑龙江省科学院自动化研究所,黑龙江哈尔滨 150090【正文语种】中文【中图分类】TH814【相关文献】1.基于C8051F310单片机的医用氧气流量计量器的研制 [J], 徐锋2.基于VB的汞标准气体流量计量与控制系统的开发 [J], 屈文麒;3.基于AVR单片机的可燃气体报警系统设计 [J], 谭翠兰4.基于单片机的可燃性气体监测系统设计 [J], 高飞;焦慧5.基于单片机及TTS模块的语音播报可燃气体报警系统设计 [J], 顾海珍;邹益民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于流量计量机和Intouch的气体分段计量系统设计流量计算机/Intouch/钢厂/气体计量1 引言在工业自动化日益发达的今天,流量计量对于相关的工业企业来说有着重要的社会经济价值,无论是供应商还是用户在流量计量方面都有着严格的要求。
根据法国液空计量的要求,设计出的以ROC809流量计算机、孔板流量计为硬件核心,以Intouch 10.1为软件平台的流量计算系统。
考虑到其计量的准确性与实时性,以及满足供应商与客户端双方计量的最大利益,我们在设计计量程序中采用分段计量的运算方式来解决以上问题。
在实际运行中,该系统对冶炼钢铁的过程中大量的氧气、氮气和氩气的计量准确度均有大幅度之提高,而且系统所提供的流量结算结果已获得供应商与用户的认可。
流量计量广泛应用于农业生产、国防建设、科学研究、对外贸易以及人民生活各个领域中,对保证产品质量、提高生产效率、保障生产安全、改进操作工艺改善生产条件、完善科学实验条件及促进科学技术发展等有着极其重要的意义[1]。
2 分段系统产生的意义与背景以法液空为例的气体分离制造商来说,气体的分离设备的精确以及提供给客户端的气体流量的精准成为与各自息息相关的因素,从而使气体供应商与用户形成了不可分离的紧密关系。
而对于如钢厂、碱厂、化肥厂等需要大量气体的企业工厂来说,有时候一段时间会大量用气,有时候会停止一段时间用气,这种波动较大、间歇性用气,一般计算流量的算法会有一些偏差。
用户方与供应商可能会发生较大分歧。
例如,当钢厂一段时间停止用气时,但是空分设备仍然要按照能耗最低、人力最低运转;客户需要大量供气时,空分设备需要开到满载状态,并且伴随着液态空气分离气化,对于能源和人力消耗巨大;所以如果按照一般计量的方法,势必会产生较大误差,并且不能满足互利原则。
为此,我们建立分段流量计算结算系统,以满足供应商与用户各自的要求。
针对现场实际情况我们设计了分段计量参数和相应的算法。
分段计量算法对供应商提供的氧气、氩气、氢气、氮气等气体进行了统一的、精确计算的同时,还快速生成直观的结算报表,确保了供用双方的交易要求。
3 分段计量系统的总体设计计量系统分为现场级与控制级两个组成部分,其中现场级设备则是孔板流量计,通过孔板流量计对通过管道横截面的气体的有效测量与采集,完成现场级采集任务;控制级为控制室中控制柜以及与之通讯的PC机。
其中下位机采用艾默生公司生产的ROC809型计量计算机准确地完成按照3小时一累计的运算任务;友好的人机界面(HMI)实时监测有效采集数据,包括实时流量、累计流量、实时温度、压力等,按照要求定时存储数据,生成流量计量报表并打印。
图1为柜内系统照片。
3.1 硬件选型系统选用艾默生公司的ROC809型计量计算机与上位机戴尔公司的OptiPlex 380 DT作为控制级的硬件核心。
ROC全名为Remote Operation Controller,远程终端控制器,及测量、控制、通讯、计量于一体的智能计量计算机。
它具有高可靠性、易组态,独特的模块插槽设计,使用灵活、维护简单等特点。
基于R TU技术,功耗低、耐恶劣环境,强大的通讯能,并且有数据归档能力、储存历史数据的能力,小流量切除能力,是及流量计算机、PLC的完美结合。
ROC809 流量计算机是一个基于微处理器设计的控制器,为各种现场自动化应用提供了所需的功能。
ROC809控制器可以用于进行常规逻辑和时序控制、历史资料存档、复式通信口、比例、积分和微分( PID)控制以及对12个回路的流量测量。
控制器中带有一个可供连接中央处理器(C PU)、电源输入模块、通信模块和I/O模块的背板。
R OC809 元件备有九个模块插槽,其中三个可供安放通信模块。
ROC809运用电源输入模块转换外部输入功率为ROC809元件的电子设备所要求的电压级别,并监控电压级别以确保正常运行。
有两种电源输入模块可供ROC809使用:12伏特直流电和24伏特直流电。
当主电源没有连接时,内部的三洋3伏特CR2430锂后备电池将为数据和实时时钟提供了备用电源。
本系统选择DELL OptiPlex 380 DT机作为上位机,来进行数据采集、数据储存、操作管理。
硬件选择2台PC机相互冗余备份,有一台机器出现故障或者丢失数据,系统仍然可以照常运行,以期更有效的保证系统数据采集处理的可靠性[2]。
3.2 通讯方式ROC809支持多种通信协议:ROC Plus、Modbus、Modbus TCP/IP、Modbus封装于TC P/IP 及带有电子流量测量( EFM)扩充的Modbus。
除了EIA-232 (RS-232)模块之外,每个通信模块都与其它模块和背板完全隔离,包括电源和信号隔离在内。
现场接口已经设计成能保护模块内的电子设备。
每个模块都具有滤波器以减少通信错误。
所有通信模块都以相同方式安装到ROC800 系列设备中。
您可以在ROC800 系列设备加电(热交换)时安装或者移除通信模块,可以直接将模块安装到未使用的模块插槽1、2 或者3(可热插拔),模块利用软件自我识别。
在故障清除之后,所有模块均可自动复位。
本系统采用采集系统常用的通讯协议Modbus TC P/IP,同样在ROC809中设定与PC机同样的通讯参数:波特率、奇偶校验、停止位等。
系统通讯构成如图2。
3.3 软件设计由于系统采集点数多,画面复杂,而且对于计量要求数据准确可靠,因此我们选用Wonderware公司的Intouch10.1作为编写上位机的操作平台,这样能够长期稳定的运行,提供友好的人机界面,利用曲线、动画、图表等形式更直观的把采集上来的数据展现给人们面前。
通过储存Access数据库中的信息来查看历史数据,选用办公软件Office来生成我们所需要的excel 生产表格,便于结算。
服务器系统采用Windows XP Professional操作系统、Access数据库和Office办公软件。
Intouch通过I/O server通讯接口来读取ROC809计算处理后的数据来,并予以显示。
本系统也正是采用I/O server接口完成计量的数据通讯。
除了画面显示数据外,还有包括历史数据与曲线查询、实时流量曲线、报警、台账查询、手自动产生月报日报并且按时自动打印前一天的日报表等。
记录人员只要查看规定的文件夹中产生的报表既可以知道流量数据等信息。
人机界面图例为图3。
图3 人机界面图例编写Intouch运行脚本与VBA变成结合使用,使得数据库的数据按照程序正常运行,其中报表功能运用大量VBA语言来编程。
通过Intouch建立数据库,并通过配置服务器中Access数据库使得Intouch中的数据写入Access数据,再由Excel读取数据库数据,形成Excel表格,完成生成报表文件的过程。
由于软件部分涉及到软件专利等问题,因此具体的程序在此将不做展示。
4 分段方法与计算处理4.1 流量的计算通常气体计量是通过孔板流量计测得流量差压信号,再根据孔板流量计算书计算得到气体工况下的瞬时流量,最后经过温压补偿积分得到累计流量。
根据中国国家标准网．SY／T 6143-199《天然气流量的标准孔板计量方法》、《GB／T2624—93l 流量测量截流装置用孔板板,喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量》、《JJG640～94差压式流量计检定规程》及流体力学原理,差压孔板流量计流量计算公式如下(公式1)[3]公式1:孔板流量计算公式Q工标:工作状况下,被测气体的实际等效标准流量,单位Nm3／hQ设:孔板计算书中,孔板设计工况下的最大标准流量,单位Nm3／hT设:孔板计算书中,孔板设计工况下的工作温度,需加273．15,为绝对温度,单位CP设:孔板计算书中,孔板设计工况下的工作绝对压力,单位MPa△P设:孔板板计算书中,孔板设计工况下的最大差压值△P工况:工况下,截流装置在差压变送器上测得的差压值P工况:工况下,被测气体实际管道内的绝对压力(即压力补偿输入,需加lbar)T工况:工况下,被测气体的实际绝度温度(即温度补偿输入,需加273．15)以上是根据孔板计算书上所标定的值在ROC809中进行运算的参数,在ROC809流量计算机内部执行运算,并最终求得Q 工标,ROC809中是1小时一累计运算,根据不同的情况通过编写程序来完成计算累计数值。
对瞬时流量求积分可以得到累计流量,而时间间隔越小那么累计出来的数值就越接近真实值,因此我们采用ROC809型计量计算机运算,准确的计算出累积流量,且R OC809的间隔时间很多能达到小于100ms,而且与PLC不同的是,不需要编写成瞬时流量和1小时累计流量都可以通过通讯协议读取上来。
小时累计流量计算公式(公式2)在ROC809内部定义扫描周期为100ms,每循环36000次得到一小时的累计流量,然后清零重新累计,以此类推。
4.2 分段处理我们通常将在给定时间内依照三个流量值,流量计分成三段。
气体流量不大于最小设定流量为第一段,气体流量在最小设定流量值和常态流量值之间为第二段,即正常供应段,气体流量超过常态流量值为第三段,即超负荷供应段。
每段的单价不同。
本系统可以根据用户要求可以分成更多的气体流量供应段。
按照企业的要求进行流量累积和分段处理,从理论上来说流量计量误差与扫描周期有关。
我们利用缩短扫描周期的方式进行计算,不同扫描周期分段流量所测得的数据之间的误差不超过0．l‰。
当然整体误差与孔板误差有关,为此孔板需要每隔一段时间进行标定。
根据企业要求系统可将任何温度和压力条件下的气体流量精准转换为标准工况或任意指定工况下的流量,并对瞬时流量进行精准的积分,积分后再对累计流量进行分段计价处理[4]。
系统程序架构采用具有标准子程序的结构化编程,只要修改相应的参数值即可完成不同的控制要求,如:瞬时流量补偿计算程序块等。
利用以上分段的方法可以大大提高结算的公平性,使得供应商和用户更准确直观的查看用气量。
由于系统运用的ROC809流量计算机具有运算速度快、计算精度高等优点,(速准确科学性,)因此对于大型供气商来说,采用分段计量气体流量的方法是明智之举。
4.3 冗余设备与安全管理为使整套气体流量计量系统有更可靠更安全的运行条件。
根据实际情况本系统除了配有双机冗余以外,在控制柜内,24V 电源也采用西门子冗余电源,确保ROC809不掉电不丢失数据。
采用UPS不间断供电电池,确保突然断电的情况下系统仍然可以继续工作3小时之久。
可以根据管理权限和安全需要,设置两套不同级别的登陆密码和用户名,只有正确输入登陆密码和用户名,才能对系统设定参数进行修改。
5 结束语本系统已在多家大型企业中应用,成功案例涉及钢铁厂、化肥厂、计量站等多处大型工厂。
实际运行证明,此系统具有计量精度高、运行稳定和配置灵活的优点。
