食用油流量計-江蘇鼎升儀表有限公司

一、食用油流量計概述：

DS-WYLWGY渦輪流量計是一種精密流量測量儀表，與相應的流量積算儀表配套可用于測量液體的流量和總量。液體渦輪流量計廣泛用于石油、化工、冶金、科研等領域的計量、控制系統。配備有衛生接頭的液體渦輪流量計可以應用于制藥行業。

一體化液體渦輪流量計結構為防爆設計，可以顯示流量總量，瞬時流量和流量滿度百分比。電池采用長效鋰電池，單功能積算表電池使用壽命可達5年以上，多功能顯示表電池使用壽命也可達到12個月以上。
一體化液體渦輪流量計表頭可以顯示的流量單位眾多，有立方米，加侖，升，標準立方米，標準升等，可以設定固定壓力、溫度參數對氣體進行補償，對壓力和溫度參數變化不大的場合，可使用該儀表進行固定補償積算。

二、食用油流量計分類說明：

1、現場顯示型：

本公司生產的智能渦輪流量計是結合國內外技術設計的新型流量計顯示儀表，與脈沖信號輸出的流量傳感器（如渦輪、旋渦）配套。可以顯示瞬時流量和累計總量。累計流量：八位數字，小數點后面有三位有效數字。瞬時流量：六位數字，可顯示出每升的變化。顯示精度：±1個顯示單位。脈沖輸出：1-3000Hz外供+12-+24VCD電源。電流輸出：4-20mA外供+24VCD電源（兩線制）內置2節3V鋰電池并聯供電。當電壓低于2.7V時出現欠壓指示，隔爆型。小信號切除功能。

2、脈沖輸出型：

工作電壓：+12VCD或+24VCD兩種（客戶訂貨前必須選定一種供電電源）。信號傳輸距離：小于250米。輸出信號：方波信號幅值：+12VCD供電幅值大約為10V,+24VCD供電幅值大約為20V。安裝：放大器和渦輪流量傳感器連接為M16×1.5螺紋，渦輪流量傳感器安裝完后，把放大器擰到渦輪流量傳感器上，用手擰到感覺放大器到底后再把鎖緊螺母帶緊。接線：脈沖輸出型放大器對外引線為三根，紅線、白線和屏蔽。紅線接正電源，白線為脈沖輸出和其他顯示儀或設備連接，屏蔽接地。

3、4~20mA輸出型

工作電壓：外供電+24VCD（兩線制）。輸出信號：4~20mA或1-5V、4mA對應渦輪流量傳感器零流量，20mA對用渦輪流量傳感器，流量范圍見渦輪流量傳感器銘牌。信號傳輸距離：小于250米。安裝：渦輪流量傳感器安裝完后，把放大器擰到渦輪流量傳感器接頭處（M16×1.5螺紋）用手擰到感覺放大器到底后再把鎖緊螺母帶緊。接線：4~20mA輸出型放大器對外引線為紅線和白線。紅線為電源線，白線為信號線。

4、分體遠傳顯示型

工作電壓：外電源供電220VAC。信號傳輸距離：小于250米。顯示儀瞬時四位，累計總量九位顯示。顯示儀尺寸：橫式160mm×80mm,豎式80mm×160mm。顯示儀帶4~20mA輸出并能與計算機連接。

三、食用油流量計硬件設計：
  流量計采用總線供電 , 即流量計儀表表頭的工作電流要從 4 ～ 20 m A的總線上截取 , 且流量計儀表表頭的工作電流必須小于 4 m A, 否則無法調整儀表的零點輸出 。
  功耗問題是流量計儀表表頭設計的難點之一 。解決這一問題的主要方法是用兩個隔離的電源對流量計表頭進行供電, 即采用 DC/DC模塊, 使兩個電源在 4 ～20 m A的總線上串聯工作 , 由 DC/DC模塊隔離輸出端分擔部分功耗負載 , 確保 4 ～ 20 m A總線環路上的電流功耗小于 3.5 m A。這樣不僅解決了功耗問題 , 而且還提高了流量計的工作穩定性 。此外 , 流量計表頭均選用低功耗的核心元器件 , 以降低整機功耗 。
  流量計儀表表頭設計的難點之二是流量計儀表表頭 HART通信信號的穩定性和可靠性問題 。要解決這一問題 , 首先 , 在功耗允許的情況下提高 CPU的運行速度 , 有效利用 CPU的資源 , 從而提高軟件的運行效率 ;其次是采用 HART成熟 的通信濾波電路 , 確保HART通信的穩定性 、可靠性和抗干擾能力 。因此 ,CPU選用 C8051F020。
  C8051F020系統功耗低 , 工作電壓范圍為 2.7 ～3.6 V, 具有多種節電和停機模式 ;C8051F020 具有與高速流水線結構 8051兼容的 CIP-51內核 (運算速度可達 25 MIPS), 在同等條件下 C8051F020的運行速度比 C51的運行速度快 20倍 ;而且 , C8051F020具有可同時使用的 SMBus(I2CTM兼容 )、SPITM和兩個 UART串口 , 其 SPI口與外設交換數據能大大減少軟件開銷 , 提高 CPU的工作效率[ 3]。另外 , 可充分利用 C8051F020豐富的片內資源 , 使整個流量計表頭電路更加簡潔可靠 。   C8051F020內含可編程增益和可編程轉換速率的12位 快 速 A/D, 可 用 于 采 集 溫 度 和 壓 力 信 號 ;C8051F020還具有可編程的 16位計數器 /定時器陣列 , 可用于當量脈沖的輸出 ;另外 , 它還具有 64 k B的Flash存儲器 、4 352 B的 RAM、片內 JTAG調試和邊界掃描 , 軟件調試十分方便 。
  渦輪流量計表頭主要包括核心控制器件 C8051F020、流量脈沖信號采集模塊 、HART模塊 、脈沖輸出模塊 、累計流量存儲模塊以及顯示和鍵盤處理模塊 。系統硬件設計框圖如圖 1所示 。

圖 1系統硬件框圖
1.1、流量脈沖信號采集：
  渦輪流量傳感器采用重慶耐德工業股份有限公司自主研制的渦輪流量傳感器 。當液體流過傳感器時 ,傳感器產生脈沖信號 。該脈沖信號經信號調理電路放大整形后送到單片機的計數器 T0口[ 4]。 T0設置為脈沖下降沿計數方式 , 對流量脈沖信號進行計數 , 并采用16位定時器 T3設定查詢周期 。一到查詢周期 , 系統就響應中斷 , 在 T3中斷內讀取 T0的計數值 , 從而計算出瞬時流量 、單次累計流量和總累計流量[ 5]。

1.2、HART模塊：
HART協議通信模塊主要由 HART調制解調器HT2012和 D/A轉換器 AD421及其外圍電路實現 。
HARTMODEM采用 Smar公司的 HT2012, 它是符合 Bell202標準的半雙工調制解調器，用于實現 HART協議規定的數字通信的編碼或譯碼。該芯片專為 HART儀器設計，片內集成了符合 Bell202標準的調制器、解調器、時鐘及定時電路、檢測控制電路，性價比較高。
AD421是單片高性能數模轉換器，主要由電壓調整器、數模轉換器和電流放大器組成。AD421由外接4 ～ 20 m A環路主電源供電，并為其他器件提供 3.0 V供電電壓 。
AD421通過串行接口接收現場儀表內部 MCU傳送的數字信號，并轉換成 4 ～ 20 m A電流。HT2012則從 VIN-節點接收疊加在 4 ～ 20 m A環路上的信號，經帶通濾波和放大之后進行載波檢測。如果檢測到 FSK頻移鍵控信號，則將 IRXA節點上的 1.2 k Hz的信號解調為 `1'，將 IRXA節點上的 2.2 k Hz信號解調為 `0'，并通過串口通信 RXD0節點傳輸給 C8051F020。
C8051F020接 收命令幀 并作相應的數據處理 ;C8051F020產生要發回的應答幀，應答幀的數字信號由HT2012調制成相應的1.2k Hz和2.2 k Hz的 FSK頻移鍵控信號，即節點TXD0到節點 OTXA的調制過程，并經過發送信號整形電路進行波形整形后，在 X0節點經AD421疊加在環路上發送[ 6]。C8051F020外接 1.843 2 MHz晶振 , 4分頻后作為HART調制解調的時鐘信號源[ 7]。電路圖如圖 2所示 。

圖 2　HT2012電路、濾波電路與整形電路圖
1.3、脈沖輸出模塊：
  脈沖輸出模塊主要由高速光耦隔離器和穩壓電路構成 。脈沖輸出采用控制 P1.4口的高低電平翻轉來實現 。考慮到儀表安全性 , 流量計的脈沖輸出模塊均需要隔離保護 , 系統選用功耗低的高速 CMOS信號隔離器 , 連接單片機端由 AD421的輸出電壓供電 , 用戶檢測端由用戶供電 。由于用戶通常提供 DC12 V或 DC24 V電源 , 所以采用穩壓管 Z1穩壓 5 V給光耦的另一端供電 , 脈沖輸出電路如圖 3所示 。 圖 3中 , VW +、VW-為用戶提供的外接 DC12 V或 DC24 V電源輸入端 , Q1、Q2為三極管 。在脈沖輸出過程中 , 當 P1.4和P OUT為高電平時 , Q1導通 、Q2截止 , 節點 Pulse-O輸出高電平 ;當 P1.4和 P OUT為低電平時 , Q1截止 、Q2導通 , 節點 Pulse-O輸出低電平 。

圖 3　脈沖輸出電路圖
1.4、累計流量存儲：
  為了存儲累計流量 、各個流量段的流量系數 、脈沖輸出當量系數和流量量程等重要數據 , 系統外擴了一個鐵電存儲器 FM24CL16。 FM24CL16的工作方式基于 I2C總線 , 它可與 C8051F020單片機硬件上的 SM-Bus兼容 。
1.5、顯示與鍵盤處理模塊：
  顯示 模 塊 采 用 長 沙太 陽 人 有 限 公司 生 產 的SMS2411液晶屏 , *行顯示 10位的總累積流量 , 第二行顯示 6位的單次累積流量與 3位的液體溫度 , 第三行顯示 5位的瞬時流量 。此外 , 顯示模塊還用于鍵盤設置時的各項提示 。鍵盤采用 4按鍵 , 直接與單片機的 P3口連接 , 并采用查詢方式 。當查詢到有鍵按下時 , 執行相應功能 。鍵盤設置主要用于各個流量段的流量系數 、脈沖輸出當量和流量量程的設置與查看 。

四、鼎升儀表的種類和性能簡介：

分類方法很多，根據不同原則可以對自動化儀表進行不同的分類。我們根據實際生產中數據采集的不同特點，從以下幾方面對化工自動化儀表進行分析。

1、溫度儀表。化工生產的特點是在一定溫度和壓力下，使原料發生一定的化學反應或變化，因此，對于生產中的溫度控制是不可避免的。一般需要指示的溫度范 圍為-200～+1800℃，方式一般為接觸式測量。常用的儀器儀表是熱電阻、熱電偶。由于電子技術的發展特別是現場總線技術的應用，熱電阻、熱電偶信 號直接進入DCS或其它溫度采集儀表，一體化的溫度變送器（兩線制）等，使溫度控制實現自動化。

2、壓力儀表。壓力是化工生產中*的，沒有一定的壓力，反應就會發生，生產就不能進行。而因壓力往往關系到生產、設備和人身安全，因此，壓力儀表是非常關鍵的。一般壓力范圍為負壓到300Mpa（高壓聚乙烯反應器）。

因為壓力的測量原理有多種，壓力儀表的種類也較多，有壓力傳感器、變送器和特種壓力儀表等，應用的范圍有高溫介質、脈動介質、腐蝕介質、粘稠狀、粉狀、易結晶介質的壓力測量，精度可達0.1級。

為了測量不同場合的壓力，壓力表可分為：液柱式、彈性式、活塞式（壓力校驗儀）3類。作為壓力調節系統除采用壓力變送器將信號送至DCS或其它調節器外，位移平衡式基地式調節器仍常用于現場測量和控制。

3、物位儀表。在化工生產中，往往需要對原料、半成品和成品的液位進行測量，由于測量過程與被測物料特性關系密切，所以除浮力式儀表外，物料儀表沒有通用產品，按測量方式分為直讀式、浮力式、這方面的典型代表的產品有磁翻板液位計，玻璃板液位計等。靜壓式（差壓、壓力）、電接觸式、電容式、超聲波式、雷達式、重垂式、輻射式、激光式、音叉式、磁致伸縮式、矩陣 渦流式等，其中雷達式（0.3%）、磁致伸縮式（0.05%）以及矩陣渦流式液位計（±1mm）精度高，在石化行業的應用逐步普及。

4、流量儀表。流量的測量是化工生產中多的控制環節，也是溫、壓、液（位）、流四大參數中內容豐富的一個門類。我們所說的流量，不是一般的流速，是單位時間內 流經有效截面的流體的體積和質量，有時還要測量管道中一段時間內流過的累積流體的體積和質量（流量積算儀）。由于不同條件下對流量測量的要求不同，有大口 徑流量、微小流量；高、低溫介質的流量；高粘度介質強腐蝕介質的流量；粉料、粘污介質的流量；脈動流、多相流等流量。

流量測量原理上大致分有速度法、容積法測量體積流量，直接法、推導法測量質量流量。實際上細分有節流式或壓差式（孔板、噴嘴）、速度式（水表、渦輪、靶式、電磁流量計、超聲波流量計、渦街、質量流量計等）。

5、在線過程分析儀。現代化工生產自動化需要全部的工

藝參數的自動化測量與控制，因此，生產過程中對溫度、壓力、流量、液位等工藝參數的保證，只是間接保證終產品或中間產品的質量合格，而對過程中物料成 分直接分析和對終產品的成分分析是生產過程控制成功與否的根據，在線過程分析儀的應用，可以實現化工生產控制和分析的*自動化。在應用中，在線過程分 析儀往往要與高精尖分析儀器配套使用，一般包括液相色譜、氣相色譜、質譜、紫外及紅外光譜、核磁、電鏡、原子吸收及等離子發射光譜、電化學等分析儀器。

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