摘 要 根据流量计输出信号的不同形式，提出了在机组 DCS 系统中计算累积流量的算法，详述了各种流量累积算法在 TCS-3000 DCS 系统中的具体实现，解决了在机组 DCS 系统中计算累积流量的难题。

火力发电厂不但生产工艺复杂，工作介质（ 水、气、油和煤等） 种类繁多，形态各异，测量工质瞬时流量所采用的流量测量原理、方法较多，而且火电厂指标计算和耗差分析等应用系统需要调用工质累积流量实时数据，客观上要求根据流量计的不同原理采用不同的累积流量计算方法并在机组 DCS 系统中实现。

笔者在分析火电厂各种典型流量测量应用的基础上，提出了在机组 DCS 系统中实现累积流量的计算算法，并详细叙述了各种流量累积算法在TCS-3000 DCS 系统中的实现方法，实践证明这些算法实现简单、精度较高，解决了机组 DCS 系统计算累积流量的难题。

1 时间间隔法

火力发电厂锅炉主给水流量测量元件一般采用长径喷嘴，其采用 ISO5167-1 和 GB/T2624-2006 标准进行计算、设计、制造和验收，流出系数不确定度不大于 ±1%，具有测量精度高、压力损失小及寿命长等特点，其测量原理如图 1 所示。通过差压变送器测量喷嘴上、下游一定位置处的压力差，可得到流体瞬时质量流量 qm[1]:对瞬时质量流量进行时间积分运算就可以得到累积流量值，在 DCS 系统中实现积分运算可以采用两种方法: 在数据处理单元（ Data Process U-nit，DPU） 中定义定时中断任务，每隔 1s 计算一次流量累积值变化量 ΔQ，则总流量 Qn= Qn - 1+ΔQ，其中 Qn - 1为截止到上一秒时刻的流量累积值，Qn为截止到当前一秒的累积值，zui后令 Qn - 1= Qn重复进行增量累加运算。对于本身不具备定义定时中断任务功能的 DCS 系统（ 如 TCS-3000DCS 系统） 可在 DPU 连续任务中增加流量累积算法，其流量累积算法的工作原理与前一种方法类似，所不同的是系统实时时钟须由 DCS 系统提供，且需要按照查询方式判断程序两次扫描之间的时间间隔，并根据时间间隔计算流量累积值变化量，由于是查询方式，时间间隔不是固定值，在TCS-3000 DCS 系统中用 FBD 功能块实现的累积算法逻辑如图 2 所示。
图 2 中，“MoxGetTime”为系统时间功能块，其可以在程序连续扫描过程中提供 DPU 模块内的实时时钟值，“MS”输出表示当前毫秒值，其数据类型为整型，取值范围为 0 ～999，当新的 1s 开始后，归零并重新计数; “ANY TO REAL”为数据类型转换功能块，其可将整数转换为单精度浮点数; “TP”为脉冲发生器功能块，当运行人员需要手动将流量累积值清零时，可点击“复位”按钮（ 复位按钮与变量 MZH10DP101 R 相关联） ，“TP”功能块将产生脉宽为 1s 脉冲; “ST TTL”功能块完成某一时间间隔内的流量累积变化量计　　算。

由图 3 可知，根据连续两次调用“ST TTL”功能块时间间隔的不同，“ST TTL”功能块实现原理为:

a. 连续两次算法块被调用的时间在同一秒内。假设“ST TTL”功能块前一次被调用的时刻为 t1，对应的瞬时流量为 q1，“ST TTL”功能块在同一秒内再次被调用的时刻为 t2，对应此时的瞬时流量为 q2，则对应（ t2- t1） 时间间隔内的累积流量变化量 ΔQ = q2× （ t2- t1） ;

b. 连续两次算法块被调用的时间不在同一秒内。假设“ST TTL”功能块前一次被调用的时刻为 t3，对应此时的瞬时流量为 q3，当“ST TTL”功能块再次被调用的时刻为 t4（ 与 t3不在同一秒） ，对应此时的瞬时流量为 q4，则对应此时间间隔内的累积流量变化量 ΔQ = q4× （ 1000 - t3+t4） 。
这种通过对流体瞬时流量进行积分运算得到累积流量的方法虽然较为简单，但在实际应用中要注意: 模拟量输入通道采集误差对累积值计算有较大影响，特别是当瞬时流量量程较大时影响更大，因此，使用前要对模拟量通道进行校验并修正误差; 恰当选择流量计量单位，由于是对瞬时流量进行增量运算且计算间隔zui长为 1s，如果瞬时流量单位选择“t/h”，其瞬时流量数值要比选择“kg/s”计量单位的数值要小很多，进行增量累加运算时误差较大，因此，要根据实际情况适当选择计量单位。

2 脉冲频率法

为了避免时间间隔算法中模拟量输入通道的采集误差，较有效的办法是将瞬时流量数字化，常用的方法是将瞬时流量用脉冲频率信号来表示。汽机三抽至工业抽汽流量计选用上海横河电机有限公司生产的 YF100CD 型涡街流量计，其配置信号电缆和流量转换器，转换器提供频率与瞬时流量大小成正比的脉冲信号，将此信号引入 DCS 系统 PM306-2AA 脉冲频率输入卡[2]，该模块可测量的脉冲频率范围为 0 ～ 600kHz 脉冲。根据 YF100CD 涡街流量计使用说明书，其瞬时流速及流量与脉冲频率关系见表 1。



将瞬时流量脉冲频率值除以流量脉冲频率系数得到气体瞬时体积流量，除以对应压力、温度下的气体比容值后得到气体瞬时质量流量[3，4]，zui后可按时间间隔方法得到气体累积流量值。

3 单位质量脉冲法

采用 GE 公司生产的 AT868 夹持式超声波流量计测量机组凝结水补水流量，该类型超声波流量计带有就地显示表头，其具有瞬时流量显示和累积流量计算等功能。表头除提供 4 ～ 20mA 电流信号代表瞬时流量大小外，还提供“单位质量”脉冲功能，即每当流过管道的介质总量达到某一设定值后，流量计输出一个脉冲，通过累加“单位质量”不但脉冲数达到了累积流量计算目的，而且还消除了模拟量采集误差对累积流量计算带来的影响。DCS 系统通过脉冲采集卡得到单位质量脉冲数值后通过换算得到累积流量，其算法如图4 所示。
图 4 中，“CI 23 01”为脉冲采集卡第 1 通道的累积脉冲值; “ANY TO REAL”为数据类型转换功能块，其可将整数转换为单精度浮点数; “* ”为单精度乘法功能块; 常数“0. 1”表示每个脉冲所代表的单位质量（ 在实际应用中，如果“单位质量”脉冲频率不是很高，可用普通 DI 卡件代替脉冲采集卡采集“单位质量”脉冲） 。

4 串行通讯法

热网供、回水热量积算仪作为贸易结算仪表，对各组件精度及系统误差要求较高。选用韩国昌民公司生产的 UR-1000 型五通道超声波流量计测量供、回水瞬时流量，并将瞬时流量脉冲频率信号送给热量积算仪，同时将供、回水温度和压力补偿信号接入积算仪，通过查表程序得到相应的热水“焓”值，乘以瞬时流量得到瞬时热量，zui后对瞬时热量进行积分运算得到累积热量。可以采用串行通讯的方式使 DCS 系统读取热量积算仪的“瞬时热量”和“累积热量”等参数。一般热量仪均支持 Modbus 通讯协议，将 TCS-3000 DCS 系统配置串口通讯服务器来实现 DCS系统与第三方设备的通讯连接，缺省支持的通讯协议即为 Modbus 协议，将“波特率”、“校验位”、“寄存器基地址”及“寄存器数量”等通讯参数以　　* . ini 配置文件形式下载到通讯服务器，断电重启服务器就可实现其与热量积算仪的串行通讯，其系统配置如图 5 所示。
需要注意的是: 热量积算仪中“累积热量”数据一般采用 IEEE754 格式，用 4 字节表示一个单精度浮点数，而 Modbus-RTU 只支持 16 位数据寄存器，必须用连续两个寄存器存储“累积热量”数据，在 TCS-3000 DCS 系统中，当把一个浮点数变量与通讯服务器内的 Modbus 寄存器对应时，DCS系统自动默认连续取两个 Modbus 寄存器数据赋给浮点数变量。

5 结束语

在机组 DCS 系统中实现工质累积流量的计算，对于火力发电厂指标计算和耗差分析应用具有重要意义，笔者所述 4 种“累积流量”计算方法已在华电新疆乌鲁木齐热电厂 2 × 330MW工程中应用，实践证明其实现简单且精度较高，较好地解决了机组 DCS 系统计算工质累积流量的问题。

参 考 文 献

[1] GB/T2624. 3-2006，用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量[S]. 北京: 中国标准出版社，2006.

[2] 李璐，张小燕. DI ?？椴饬柯龀逍藕诺睦砺垩芯考捌溆τ檬道齕J]. 自动化仪表，2002，28（ 10） : 65 ～67.

[3] 夏冰. PLC 在流量显示和累积计量上的应用[J]. 计量技术，2009，（ 10） : 37 ～38.

[4] 董庆龙，胡继伟. 流量累计功能在 PLC 系统中的实现[J]. 炼油与化工，2007，18（ 3） : 50 ～51.