一、用途與特點(diǎn)
智能流量積算儀能對(duì)來自流量傳感器、變送器的脈沖信號(hào)或模擬信號(hào)進(jìn)行處理，得到瞬時(shí)流量值和累積流量值，然后顯示。而且具有流量再發(fā)送功能和通信功能。
二、硬件結(jié)構(gòu)
圖7.1所示為FC3000型智能流量積算儀，它由單片機(jī)、操作鍵、顯示器、通信接口和過程通道組成。過程通道包括模擬流量信號(hào)輸入通道、脈沖流量信號(hào)輸入通道以及流量再發(fā)送信號(hào)輸出通道。為了節(jié)省配電器，模擬信號(hào)和脈沖信號(hào)輸入通道都帶有外供直流穩(wěn)壓電源，每路電源均帶短路保護(hù)，以免操作不慎將電源短路時(shí)引起儀表損壞。
三、信息流程
圖7.2所示的是FC3000型儀表實(shí)現(xiàn)其主要功能的信息傳送關(guān)系流程，其中多處涉及到信號(hào)切換和選擇則由軟件實(shí)現(xiàn)。這一方法比編碼開關(guān)、選擇開關(guān)等硬件實(shí)現(xiàn)方法可靠性更高、成本更低。
四、主要功能
(2)開平方運(yùn)算功能
該儀表能對(duì)流量輸入信號(hào)進(jìn)行開平方運(yùn)算。開平方是數(shù)字量運(yùn)算，采用多倍字長的浮點(diǎn)運(yùn)算，可以認(rèn)為是無誤差運(yùn)算。
(3)小信號(hào)切除功能
模擬信號(hào)在轉(zhuǎn)換和處理過程中難免存在零點(diǎn)漂移，雖然流體已無流動(dòng)，但流量計(jì)仍有讀數(shù)，導(dǎo)致緩慢地積算。為杜絕這一現(xiàn)象，流量顯示儀表中一般均有小信號(hào)切除功能。
從圖7.2可看出，該儀表的小信號(hào)切除可在菜單中選擇:①不切除;②使用儀表制造廠規(guī)定的切除點(diǎn)。其中儀表制造廠規(guī)定的切除點(diǎn)為輸入信號(hào)的0.75%，如圖 7.3所示。
由于小信號(hào)切除是在模擬流量輸入信號(hào)經(jīng)無量綱處理和A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行的，因此該項(xiàng)操作也屬數(shù)字量運(yùn)算，可做到準(zhǔn)確無誤。
(4)斷電保護(hù)功能
斷電保護(hù)功能是可編程流量顯示儀表的一項(xiàng)必不可少的功能，是在主電源中斷時(shí)保護(hù)儀表的設(shè)定數(shù)據(jù)和累積值，使之不丟失和不被修改。
斷電保護(hù)時(shí)間是這種功能的主要指標(biāo)。用電池實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)的傳統(tǒng)方法，保護(hù)時(shí)間一般只能達(dá)到幾天至幾個(gè)月。利用電可擦不揮發(fā)存儲(chǔ)器(EEPROM)技術(shù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，保護(hù)時(shí)間可達(dá)10年以上。FC3000型采用后一種方法。
(5)定時(shí)抄表功能
定時(shí)抄表功能是按操作員預(yù)先設(shè)定的抄表時(shí)刻自動(dòng)讀取流量累積值，并存放在儀表內(nèi)的一個(gè)單元中。當(dāng)抄表人員按一下抄表鍵后，儀表即顯示抄表符號(hào)和該單元中的數(shù)據(jù)。該單元中的累積值一直保持到次日“抄表時(shí)間”才被刷新。如果整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所有流量顯示表設(shè)置同一抄表時(shí)間，那么，抄表人員巡回路線和時(shí)間的差異就不影響抄錄結(jié)果，因此有利于分表和總表的平衡計(jì)算。
(6)實(shí)時(shí)時(shí)鐘
老式可編程儀表的時(shí)鐘是以表內(nèi)的晶振為基礎(chǔ)的，不僅誤差較大，而且依賴外部電源，當(dāng)主電源中斷時(shí)，時(shí)鐘停走，所以需經(jīng)常對(duì)時(shí)鐘。新型的時(shí)鐘是以自帶鋰電池的專用芯片為核心的實(shí)時(shí)時(shí)鐘(realtimeclock)，走時(shí)誤差很小，儀表的主電源中斷后，依靠其自帶鋰電池可繼續(xù)走10年。所以減少了麻煩。
圖7.4所列為FC3000型儀表的故障代碼。但若CPU發(fā)生故障，圖7.4所列的診斷無法進(jìn)行，這時(shí)面板上的“CPU故障”燈點(diǎn)亮，通知有關(guān)人員進(jìn)行處理。
(8)密碼設(shè)置功能
密碼設(shè)置功能是可編程儀表防止未被授權(quán)的人員修改關(guān)鍵數(shù)據(jù)的重要手段。
本章所介紹的幾種流量顯示儀表的初始密碼均為“000000”，如果想對(duì)儀表中先前設(shè)置的關(guān)鍵數(shù)據(jù)作修改，須將規(guī)定的條目調(diào)出來，鍵入密碼“000000”并得到CPU認(rèn)可，然后數(shù)據(jù)修改才能實(shí)現(xiàn)。
如果想換上自己的密碼，可按下面的步驟:a.先用初始密碼將鎖打開;b.將密碼輸入條目調(diào)出來，輸入自己新的密碼;c.按回車鍵后并按規(guī)定操作退出數(shù)據(jù)修改狀態(tài)，密碼即更換成功。
密碼一經(jīng)更換，操作者即應(yīng)記住自己設(shè)定的密碼，如果經(jīng)過努力還是回憶不起，可以同供應(yīng)商聯(lián)系，提供一個(gè)“萬能密碼”，將鎖打開，但是鎖打開之后還是需要設(shè)定一個(gè)自己的密碼，否則經(jīng)常使用“萬能密碼”，被泄露次數(shù)一多，儀表就不會(huì)再有密碼了。
(9)面板清零有效性選擇功能
早年模擬式流量積算儀面板上都設(shè)置有累積值清零機(jī)構(gòu)，操作很方便，但同時(shí)也給數(shù)據(jù)安全帶來問題。所以儀表設(shè)計(jì)者在用于清零的按鍵上開了一個(gè)小孔，可以插入一把小鎖，以保證數(shù)據(jù)安全。
在可編程流量顯示儀表中，為了確保累積流量數(shù)據(jù)安全，設(shè)計(jì)有“面板清零有效性”選擇功能，在儀表組態(tài)時(shí)如果選擇“面板清零有效”，則按下復(fù)位按鈕，累積值即被清除。如果選擇“面板清零無效”，則需打入密碼并被確認(rèn)后，累積值才會(huì)被清除并復(fù)零。
這一功能在儀表校驗(yàn)時(shí)也能給儀表人員帶來方便。因?yàn)樵趯?duì)流量累積值進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，人們習(xí)慣累積值從零開始，這樣，就需要頻繁進(jìn)行清零操作，于是選擇“面板清零有效”。儀表校驗(yàn)完畢交付使用前，要回到“面板清零無效”，以確保投入使用后的數(shù)據(jù)安全。
(10)積算速率設(shè)置功能
流量顯示儀表中的積算速率設(shè)置功能是為了獲得合適的積算速率。如果速率太高，則累積流量顯示器很快被積滿復(fù)零，而若速率太低，讀得的累積值分辨力太低，影響數(shù)據(jù)的應(yīng)用，所以都給使用帶來不便。
在可編程流量顯示儀表中，可通過面板按鍵的操作，并與窗口顯示相配合，便捷而準(zhǔn)確地設(shè)置滿量程積算速率。
積算速率一般引入10的n次冪的倍率概念，在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)測量同一種流體的各臺(tái)流量表，往往取相同的倍率。例如，全廠蒸汽流量計(jì)取n=-1，則倍率為×0.1t，抄表員在抄得累積流量的讀數(shù)后，乘以0.1t，即為累積流量，這樣，不會(huì)因各臺(tái)表倍率各異帶來麻煩和差錯(cuò)。
(11)仿真功能
流量顯示儀表中的仿真功能其實(shí)只是仿真(Simulation)方法在流量二次表中的一種應(yīng)用，它是在儀表的單片機(jī)按菜單中設(shè)定的流量仿真值發(fā)生一個(gè)代表流量的頻率值或經(jīng)無量綱化的模擬信號(hào)（0~100%），然后取代流量輸入信號(hào)，對(duì)流量顯示儀表進(jìn)行校驗(yàn)。
仿真功能的用途是故障查找。當(dāng)儀表流量示值異常時(shí)，若想判斷原因存在于二次表還是流量輸入信號(hào)，這時(shí)可將軟開關(guān)從“0”位置切換到“1”位置，于是“流量信號(hào)處理”部分與外部輸入的流量信號(hào)斷開，而接受“表內(nèi)信號(hào)發(fā)生器”送出的信號(hào)。這時(shí)如果顯示準(zhǔn)確無誤，則表明二次表數(shù)字運(yùn)算部分正常，如果顯示不正常，則表明二次表有問題。
仿真檢查結(jié)束后，還需將軟開關(guān)切回到“測量”位置。
(12) 遠(yuǎn)程通信功能
可編程流量顯示儀表的遠(yuǎn)程通信功能可用于同上位機(jī)通信，也可用于兩臺(tái)可編程儀表之間的通信。通信標(biāo)準(zhǔn)常用RS-232C或RS-485。RS-232C的通信距離只能達(dá)到幾十米，但可與計(jì)算機(jī)直接連接，適用于通信距離較短的場合;而RS-485的通信距離可達(dá)2km，通信速率有1200、2400、4800和9600波特率幾擋可選。較低的波特率適用于通信速率要求不高的系統(tǒng)中，這時(shí)可以在不增裝中繼器的情況下，通信距離延長到數(shù)千米。
五、國內(nèi)外流量指示積算儀概況
(1)處理流量信號(hào)能力的差異
生產(chǎn)流量顯示儀表的廠家國內(nèi)有很多，在中國市場銷售的外國同類產(chǎn)品也有不少品種，有的制造商能供應(yīng)只具備指示積算功能的產(chǎn)品，如橫河公司的STLD-101*E型流量積算儀，F(xiàn)oxboro公司的75RTA型流量積算儀等，有的制造商只有帶溫度、壓力輸入通道的流量顯示儀表，但在不使用其溫度、壓力輸入通道的情況下，也能用于簡單的流量指示積算。有的廠家將處理模擬流量輸入信號(hào)和脈沖流量輸入信號(hào)的儀表分別制成兩個(gè)產(chǎn)品。有的廠家通過8選1模擬開關(guān)使一臺(tái)儀表具有處理8路流量輸入信號(hào)的能力。
(2)總量顯示位數(shù)的差異
流量顯示儀表的數(shù)碼顯示器件常用的有LED和LCD,其中LCD顯示的位數(shù)一般多達(dá)十進(jìn)制8位以上，而LED顯示一般為6~8位。在顯示總量時(shí)，有些用戶希望位數(shù)更長一些，于是有的制造商設(shè)計(jì)了分段顯示的方法，即總長12位(或16位)的十進(jìn)制總量顯示，面板上經(jīng)常顯示的是其低6位(或8位)，按一下特殊定義的讀數(shù)鍵即顯示其高6位(或8位)，同時(shí)給出高位段的標(biāo)志，這樣，若干年也不會(huì)積滿復(fù)零，從而彌補(bǔ)了位數(shù)欠長的缺陷。
(3)精確度等級(jí)的差異
國外產(chǎn)流量顯示儀表的精確度一般都定得較高，而國產(chǎn)流量顯示儀表以 0.5級(jí)和0.2級(jí)居多，這主要同所選用的A/D轉(zhuǎn)換器的精確度有關(guān)。儀表中用的 A/D轉(zhuǎn)換器一般為雙積分型，轉(zhuǎn)換速度較慢，但穩(wěn)定性好，跳碼小，抗干擾能力強(qiáng)。高精確度A/D轉(zhuǎn)換器的分辨力高，精確度也高，但價(jià)格相應(yīng)較貴，而精確度較低的8位A/D轉(zhuǎn)換器，由于價(jià)格低，所以在0.5級(jí)精確度的產(chǎn)品中也采用。
國產(chǎn)的處理脈沖流量輸入信號(hào)的流量顯示儀表，總量測量精確度一般都定得較高，而瞬時(shí)流量精確度卻差異較大，精確度有的定為±0.1%R，有的卻定為±0.5%R甚至±1%R。經(jīng)分析主要是因瞬時(shí)流量求取方法不相同，前者是采用計(jì)算機(jī)方法，即在輸入信號(hào)頻率較高時(shí)由單片機(jī)測定輸入信號(hào)的平均頻率，而在頻率較低時(shí)，由單片機(jī)測定脈沖平均周期，然后與流量系數(shù)一起計(jì)算瞬時(shí)流量。而后者是以RC積分技術(shù)為基礎(chǔ)，即將輸入脈沖整形后送 RC積分電路，得到與頻率成正比的電壓信號(hào)，經(jīng)平滑處理后送A/D轉(zhuǎn)換器，得到數(shù)字量，然后顯示。由于轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多和f/V轉(zhuǎn)換方法本身的缺陷，測量精確度難以提高。
(4)通信標(biāo)準(zhǔn)的差異
國產(chǎn)流量顯示儀表通信口一般為RS-232或RS-485現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，但國外早期產(chǎn)品有一些為RS-422等其他標(biāo)準(zhǔn)，近期推出的產(chǎn)品基本上也已統(tǒng)一為RS232或RS-485標(biāo)準(zhǔn)。有的還可提供FF現(xiàn)場總線等接口。
(5)電磁兼容性等指標(biāo)的差異
有些國外制造商在產(chǎn)品的電磁兼容等環(huán)境適應(yīng)性方面也做了很多工作。例如Foxboro公司的75系列流量顯示儀表，其射頻電磁場輻射抗擾度指標(biāo)定為3V/m，27~1000MHz，而其塵密水密性指標(biāo)定為IP65。這兩項(xiàng)試驗(yàn)國產(chǎn)流量顯示儀表基本上沒有開展。
