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 　摘 要 根據(jù)流量計輸出信號的不同形式，提出了在機組 DCS 系統(tǒng)中計算累積流量的算法，詳述了各種流量累積算法在 TCS-3000 DCS 系統(tǒng)中的具體實現(xiàn)，解決了在機組 DCS 系統(tǒng)中計算累積流量的難題。

火力發(fā)電廠不但生產工藝復雜，工作介質（ 水、氣、油和煤等） 種類繁多，形態(tài)各異，測量工質瞬時流量所采用的流量測量原理、方法較多，而且火電廠指標計算和耗差分析等應用系統(tǒng)需要調用工質累積流量實時數(shù)據(jù)，客觀上要求根據(jù)流量計的不同原理采用不同的累積流量計算方法并在機組 DCS 系統(tǒng)中實現(xiàn)。

筆者在分析火電廠各種典型流量測量應用的基礎上，提出了在機組 DCS 系統(tǒng)中實現(xiàn)累積流量的計算算法，并詳細敘述了各種流量累積算法在TCS-3000 DCS 系統(tǒng)中的實現(xiàn)方法，實踐證明這些算法實現(xiàn)簡單、精度較高，解決了機組 DCS 系統(tǒng)計算累積流量的難題。

1 時間間隔法

火力發(fā)電廠鍋爐主給水流量測量元件一般采用長徑噴嘴，其采用 ISO5167-1 和 GB/T2624-2006 標準進行計算、設計、制造和驗收，流出系數(shù)不確定度不大于 ±1%，具有測量精度高、壓力損失小及壽命長等特點，其測量原理如圖 1 所示。通過差壓變送器測量噴嘴上、下游一定位置處的壓力差，可得到流體瞬時質量流量 qm[1]:對瞬時質量流量進行時間積分運算就可以得到累積流量值，在 DCS 系統(tǒng)中實現(xiàn)積分運算可以采用兩種方法: 在數(shù)據(jù)處理單元（ Data Process U-nit，DPU） 中定義定時中斷任務，每隔 1s 計算一次流量累積值變化量 ΔQ，則總流量 Qn= Qn - 1+ΔQ，其中 Qn - 1為截止到上一秒時刻的流量累積值，Qn為截止到當前一秒的累積值，zui后令 Qn - 1= Qn重復進行增量累加運算。對于本身不具備定義定時中斷任務功能的 DCS 系統(tǒng)（ 如 TCS-3000DCS 系統(tǒng)） 可在 DPU 連續(xù)任務中增加流量累積算法，其流量累積算法的工作原理與前一種方法類似，所不同的是系統(tǒng)實時時鐘須由 DCS 系統(tǒng)提供，且需要按照查詢方式判斷程序兩次掃描之間的時間間隔，并根據(jù)時間間隔計算流量累積值變化量，由于是查詢方式，時間間隔不是固定值，在TCS-3000 DCS 系統(tǒng)中用 FBD 功能塊實現(xiàn)的累積算法邏輯如圖 2 所示。
圖 2 中，“MoxGetTime”為系統(tǒng)時間功能塊，其可以在程序連續(xù)掃描過程中提供 DPU 模塊內的實時時鐘值，“MS”輸出表示當前毫秒值，其數(shù)據(jù)類型為整型，取值范圍為 0 ～999，當新的 1s 開始后，歸零并重新計數(shù); “ANY TO REAL”為數(shù)據(jù)類型轉換功能塊，其可將整數(shù)轉換為單精度浮點數(shù); “TP”為脈沖發(fā)生器功能塊，當運行人員需要手動將流量累積值清零時，可點擊“復位”按鈕（ 復位按鈕與變量 MZH10DP101 R 相關聯(lián)） ，“TP”功能塊將產生脈寬為 1s 脈沖; “ST TTL”功能塊完成某一時間間隔內的流量累積變化量計　　算。

由圖 3 可知，根據(jù)連續(xù)兩次調用“ST TTL”功能塊時間間隔的不同，“ST TTL”功能塊實現(xiàn)原理為:

a. 連續(xù)兩次算法塊被調用的時間在同一秒內。假設“ST TTL”功能塊前一次被調用的時刻為 t1，對應的瞬時流量為 q1，“ST TTL”功能塊在同一秒內再次被調用的時刻為 t2，對應此時的瞬時流量為 q2，則對應（ t2- t1） 時間間隔內的累積流量變化量 ΔQ = q2× （ t2- t1） ;

b. 連續(xù)兩次算法塊被調用的時間不在同一秒內。假設“ST TTL”功能塊前一次被調用的時刻為 t3，對應此時的瞬時流量為 q3，當“ST TTL”功能塊再次被調用的時刻為 t4（ 與 t3不在同一秒） ，對應此時的瞬時流量為 q4，則對應此時間間隔內的累積流量變化量 ΔQ = q4× （ 1000 - t3+t4） 。
這種通過對流體瞬時流量進行積分運算得到累積流量的方法雖然較為簡單，但在實際應用中要注意: 模擬量輸入通道采集誤差對累積值計算有較大影響，特別是當瞬時流量量程較大時影響更大，因此，使用前要對模擬量通道進行校驗并修正誤差; 恰當選擇流量計量單位，由于是對瞬時流量進行增量運算且計算間隔zui長為 1s，如果瞬時流量單位選擇“t/h”，其瞬時流量數(shù)值要比選擇“kg/s”計量單位的數(shù)值要小很多，進行增量累加運算時誤差較大，因此，要根據(jù)實際情況適當選擇計量單位。

2 脈沖頻率法

為了避免時間間隔算法中模擬量輸入通道的采集誤差，較有效的辦法是將瞬時流量數(shù)字化，常用的方法是將瞬時流量用脈沖頻率信號來表示。汽機三抽至工業(yè)抽汽流量計選用上海橫河電機有限公司生產的 YF100CD 型渦街流量計，其配置信號電纜和流量轉換器，轉換器提供頻率與瞬時流量大小成正比的脈沖信號，將此信號引入 DCS 系統(tǒng) PM306-2AA 脈沖頻率輸入卡[2]，該模塊可測量的脈沖頻率范圍為 0 ～ 600kHz 脈沖。根據(jù) YF100CD 渦街流量計使用說明書，其瞬時流速及流量與脈沖頻率關系見表 1。



將瞬時流量脈沖頻率值除以流量脈沖頻率系數(shù)得到氣體瞬時體積流量，除以對應壓力、溫度下的氣體比容值后得到氣體瞬時質量流量[3，4]，zui后可按時間間隔方法得到氣體累積流量值。

3 單位質量脈沖法

采用 GE 公司生產的 AT868 夾持式超聲波流量計測量機組凝結水補水流量，該類型超聲波流量計帶有就地顯示表頭，其具有瞬時流量顯示和累積流量計算等功能。表頭除提供 4 ～ 20mA 電流信號代表瞬時流量大小外，還提供“單位質量”脈沖功能，即每當流過管道的介質總量達到某一設定值后，流量計輸出一個脈沖，通過累加“單位質量”不但脈沖數(shù)達到了累積流量計算目的，而且還消除了模擬量采集誤差對累積流量計算帶來的影響。DCS 系統(tǒng)通過脈沖采集卡得到單位質量脈沖數(shù)值后通過換算得到累積流量，其算法如圖4 所示。
圖 4 中，“CI 23 01”為脈沖采集卡第 1 通道的累積脈沖值; “ANY TO REAL”為數(shù)據(jù)類型轉換功能塊，其可將整數(shù)轉換為單精度浮點數(shù); “* ”為單精度乘法功能塊; 常數(shù)“0. 1”表示每個脈沖所代表的單位質量（ 在實際應用中，如果“單位質量”脈沖頻率不是很高，可用普通 DI 卡件代替脈沖采集卡采集“單位質量”脈沖） 。

4 串行通訊法

熱網(wǎng)供、回水熱量積算儀作為貿易結算儀表，對各組件精度及系統(tǒng)誤差要求較高。選用韓國昌民公司生產的 UR-1000 型五通道超聲波流量計測量供、回水瞬時流量，并將瞬時流量脈沖頻率信號送給熱量積算儀，同時將供、回水溫度和壓力補償信號接入積算儀，通過查表程序得到相應的熱水“焓”值，乘以瞬時流量得到瞬時熱量，zui后對瞬時熱量進行積分運算得到累積熱量。可以采用串行通訊的方式使 DCS 系統(tǒng)讀取熱量積算儀的“瞬時熱量”和“累積熱量”等參數(shù)。一般熱量儀均支持 Modbus 通訊協(xié)議，將 TCS-3000 DCS 系統(tǒng)配置串口通訊服務器來實現(xiàn) DCS系統(tǒng)與第三方設備的通訊連接，缺省支持的通訊協(xié)議即為 Modbus 協(xié)議，將“波特率”、“校驗位”、“寄存器基地址”及“寄存器數(shù)量”等通訊參數(shù)以　　* . ini 配置文件形式下載到通訊服務器，斷電重啟服務器就可實現(xiàn)其與熱量積算儀的串行通訊，其系統(tǒng)配置如圖 5 所示。
需要注意的是: 熱量積算儀中“累積熱量”數(shù)據(jù)一般采用 IEEE754 格式，用 4 字節(jié)表示一個單精度浮點數(shù)，而 Modbus-RTU 只支持 16 位數(shù)據(jù)寄存器，必須用連續(xù)兩個寄存器存儲“累積熱量”數(shù)據(jù)，在 TCS-3000 DCS 系統(tǒng)中，當把一個浮點數(shù)變量與通訊服務器內的 Modbus 寄存器對應時，DCS系統(tǒng)自動默認連續(xù)取兩個 Modbus 寄存器數(shù)據(jù)賦給浮點數(shù)變量。

5 結束語

在機組 DCS 系統(tǒng)中實現(xiàn)工質累積流量的計算，對于火力發(fā)電廠指標計算和耗差分析應用具有重要意義，筆者所述 4 種“累積流量”計算方法已在華電新疆烏魯木齊熱電廠 2 × 330MW工程中應用，實踐證明其實現(xiàn)簡單且精度較高，較好地解決了機組 DCS 系統(tǒng)計算工質累積流量的問題。

參 考 文 獻

[1] GB/T2624. 3-2006，用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量[S]. 北京: 中國標準出版社，2006.

[2] 李璐，張小燕. DI 模塊測量脈沖信號的理論研究及其應用實例[J]. 自動化儀表，2002，28（ 10） : 65 ～67.

[3] 夏冰. PLC 在流量顯示和累積計量上的應用[J]. 計量技術，2009，（ 10） : 37 ～38.

[4] 董慶龍，胡繼偉. 流量累計功能在 PLC 系統(tǒng)中的實現(xiàn)[J]. 煉油與化工，2007，18（ 3） : 50 ～51.