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1、第6期唐冰等.中压闭环气体流量标准装置压力控制系统569中压闭环气体流量标准装置压力控制系统1122唐冰孙立军陈卓宋高昂(1.天津大学电气与自动化工程学院,天津300072;2.天津福路瑞特测控技术有限公司,天津300384)摘要以中压闭环气体流量标准装置为研究对象,设计基于PLC的压力控制系统。给出控制系统的硬件结构和软件功能。运行测试结果表明:当流量点变化后,压力控制系统排气压力在小幅度下降后能够迅速稳定至设定值,且压力稳定性优于0.04%,能够满足闭环气体流量标准装置进行流量仪表检定的使用要求。关键词压力控制系统中压闭环气体流量标准装置PLC压力稳
2、定性中图分类号TH862文献标识码A文章编号1000-3932(2016)06-0569-05随着国民经济的迅速发展,天然气和原油流笔者研究的中压闭环气体流量标准装置为天量计量的准确性成为流量检测技术人员关注的焦津大学天津市过程参数检测与控制重点实验室的[1~4]点,这极大地推动了中高压流量测量仪表的中压闭环音速喷嘴气体流量装置(图1)。按照检广泛使用。而流量测量仪表的性能测试和流量值定方法划分,该装置为标准表法气体流量标准装的传递都离不开流量标准装置。中高压气体流量置。标准装置的研究和应用,作为流量计量和测试技中压闭环音速喷嘴气体流量装置设置了临界术发
3、展的重要环节,引起了国内外的普遍重视。流文丘里喷嘴(简称音速喷嘴)和腰轮流量计两其中,闭环气体流量标准装置以其压力维持成本组标准表,两者之间可以相互比对和验证,有利于低、节省能源及不存在气体排放问题等众多优点提高装置的不确定度水平。音速喷嘴是一种常用[7]得到快速发展。近年来,闭环气体流量标准装置的气体标准流量计,作为一种节流式流量计,当在国际上不断出现,如德国Elser公司闭环式高压其下游压力与上游压力的比值(即背压比)小于气体装置、美国西南研究所SwRI-MRF闭环高压临界背压比时,喉部的气体将达到音速。经推导,装置及丹麦ForceTechnolog
4、y国家标准装置等,数可以得到音速喷嘴在满足临界背压比条件下的质[5]量流量表达式为:量远超开环装置。p压力控制系统作为闭环气体流量标准装置的0q=CCA(1)md∗∗RTm0重要组成部分,其性能与装置自动化程度、安全可2式中A———喉部截面的截面积,m;∗靠性及工作效率等直接相关。笔者以天津大学中C———流出系数;d压闭环气体流量标准装置为研究对象,针对传统C———实际临界流函数;∗现场手动压力调节模式存在的问题,设计了一套p———入口截面流体的绝对静压力,Pa;0基于PLC的压力控制系统,实现远程与现场的平q———流量计的质量流量,kg/s;m行控制与
5、压力自动调节。R———气体常数,J/(kg·K);1中压闭环气体流量标准装置①mT———气体的绝对温度,K。01.1装置结构和工作原理由式(1)可知,流出系数确定后,在保证背压标准表法流量标准装置由流体源、管路系统、比的情况下,根据音速喷嘴滞止压力和气体温度标准表及流量调节阀等组成。其工作原理为:以可以得到流经喷嘴的质量流量。因此,为了灵活标准表为标准器,使流体在相同时间间隔内连续通过标准表和被检表,通过比较两者输出的流量[6]值,对被检表进行检定与性能测试。①收稿日期:2015-10-23570化工自动化及仪表第43卷图1中压闭环音速喷嘴气体流量装置的
6、结构示意图调整装置的工作流量点,并保证装置的流量稳定如图2所示。性,就需要提高装置的压力控制性能。装置设计工作压力为0.3~1.6MPa,流量范3围0.5~120.0m/h(工况)。通过改变音速喷嘴组合,实现同一工作压力下测试流量点的切换;通过供气系统的调节,完成工作压力点的切换与控制稳定性。1.2供气系统图2压力控制系统的结构示意图中压闭环音速喷嘴气体流量装置在闭环工作压力控制系统硬件部分主要包括工控机、文模式下,供气系统作为气体循环动力源,保证音速本显示器、PLC、变频器、空气压缩机及压力变送喷嘴正常工作的背压比,实现压力点的切换与稳器(反馈)等。工
7、控机为控制室远程控制主机,文定性控制。因此,供气系统主体选择活塞式空气本显示器为供气系统现场控制主机,两者实现远压缩机。压缩机动力源为90kW变频电机,最大程和现场的平行控制。PLC、变频器、空气压缩机3排气压力1.6MPa,额定容积流量3.87m/min。和压力变送器(反馈)组成单回路控制系统,实现为保证空气压缩机正常运行,压缩机配套有变频压力的自动调节。电控柜、调节阀、缓冲容器及冷却器等。为消除压系统采用DVP-EH2系列PLC,该PLC带有右缩机活塞运动引起的气压脉动,在实验管路的入侧扩展模块DVP04AD-H2(模拟输入模块),用于口和出口分别设
8、置了稳压容器。压力信号的采集;具有COM1(RS232)与COM22压力控制系统
