LGF流量计编程原理与应用

1 概述

由自动化部开发研制的“莱钢能源计量微机监测管理系统”是我厂集能源计量管理、日成本核算、生产调度管理于一体的实时数据采集系统。该系统的现场二次仪表采用的自动化部电子公司生产的LGF流量计，该仪表的功能特点主要包括：1）LED和LCD双屏显示，符号化操作键盘，菜单提示式汉化人机交互界面，仪表组态编程方便，显示信息全面。编程参数具有密码保护功能。2）RS485通讯接口，内置3C_BUS协议（兼容MODBUS协议），可实现网络通讯和远程参数修改，工作模式可组态。3）内建多种数学模型，经组态可实现对气体、液体等多种介质的密度自动补偿和流量的测量积算，通用性强。4）内置大容量FLASHRAM（非易失RAM），可将一年的数据按月、日、时分别存储，确保断电时仪表编程参数和测量信息不丢失。5）采用双重工作参数保护和WACHDOG电路，可确保工作参数不丢失，仪表工作更加可靠。6）宽限开关稳压电源，确保电源电压在130～260V变化时，系统精度不损失。

2 数学模型

1）流量运算模型

a.差压模型

M=KΔP•ρ

式中M：质量流量（单位：Kg）K：流量倍率ΔP：差压值（单位：Kpa）ρ：介质密度（单位：Kg/m2）

b.频率模型

M=ρ*f/ξ

式中f：频率值（单位：Hz）ξ：容积式流量仪表常数/3.6ρ：介质密度（单位：Kg/m2）;

c.组合测量

M=K2ξΔP/f

式中K：流量系数ξ：容积式流量仪表常数/3.6ΔP：差压值（单位：Kpa）f：容积式流量传感器输出频率（单位：Hz）

d.线性流量：

M=KGρ

其中：K：流量倍率G：线性流量值（单位：Kg/h）ρ：介质密度（单位：Kg/m2）

2）密度补偿数学模型（密度单位：Kg/m2）

a.常密度：ρ=常数（编程设定）
b.温度补偿：ρ=A+Bt式中：t：介质温度（单位：℃）A，B：补偿系数可编程设定
c.压力补偿：ρ=A+B（P+Pa）式中P：介质压力（单位：KPa）Pa：当地大气压（单位：KPa）A，B：可编程设定的补偿系数
d.温压补偿ρ=（P+Pa）×1000/Rz（t+273.15）式中P：介质压力（单位：KPa）Pa：当地大气压（单位：KPa）t：介质温度（单位：℃）Rz：可编程设定的气体超压缩系数
e.饱和蒸汽：饱和蒸汽密度补偿
f.过热蒸汽：过热蒸汽密度补偿
g组合测量：采用容积式仪表和差压测量相结合的方法进行密度补偿ρ=K2ξ2ΔP/f2

3 仪表参数选择与计算

3.1以下流量计内部组态

（1）P001：数学模型（2）P002：密度补偿（3）P003：流量输入（4）P004：温度输入（5）P005：压力输入（6）P006：当地大气压（7）P007：介质常密度，ρ20=用户设定的被测介质标准状态下的密度（8）P008：流量计算倍率K=用户设定的流量计算倍率（9）P009：容积仪表常数ξ=容积式仪表常数/3.6（10）P010：小流量切除值Q=用户设定的小流量切除值（11）P100：单位设定用户可设定压力和瞬时流量的显示单位（12）P101：温度报警下限：用户设定的温度报警下限上限：用户设定的温度报警上限（13）P102：压力报警，下限：用户设定的压力报警下限上限：用户设定的压力报警上限（14）P103：流量报警，下限：用户设定的流量下限报警值上限：用户设定的流量上限报警值（15）P104：变送输出，下限：变送输出4mA的流量值上限：变送输出20mA的流量值（16）P200：通讯协议地址：本机地址模式：RTU波特率：2400、4800、9600可选校验：奇校验、偶校验、无校验可选。

3.2 仪表参数的选择与计算如下

1）（P001）数学模型：应根据实际工况和流量测量方案选择合适的数学模型1：差压模型：采用差压（或差压开方）式流量传感器应选择1：差压模型。差压和差压开方信号对应的数学模型是一致的，其不同在“3、流量输入”中说明。2：频率模型：采用如涡街等频率输出的容积式流量传感器应选择2：频率模型。3：组合测量：测量组份变化比较大的气体（如瓦斯等）可用差压式流量传感器和容积式流量传感器组合成质量流量计选择数学模型3：组合测量。4：线形流量如果流量传感器的输出与流量成线性关系，数学模型应选择4：线形流量。

2）（P002）密度补偿：3C智能流量仪能够根据选定的密度补偿方式自动进行密度补偿。

1：常密度如果测量流量时被测介质的密度不变，可选择1：常密度然后输入密度常数（密度单位Kg/m2）。

2：温度补偿密度运算数学模型为：ρ=A+Bt式中：t：介质温度（单位：℃）A，B：补偿系数可编程设定.已知介质在两个温度下的密度，代入公式ρ=A+Bt，联立方程即可算出补偿系数A、B。 [page]

3：压力补偿密度运算数学模型为：ρ=A+B（P+Pa）式中：P：介质压力（单位：KPa）Pa：当地大气压（单位：KPa）A，B：可编程设定的补偿系数已知介质在两个压力下的密度，代入公式ρ=A+B（P+Pa），联立方程即可算出补偿系数A、B。

4：温压补偿密度运算数学模型ρ=（P+Pa）×1000/Rz（t+273.15）式中：P：介质压力（单位：KPa）Pa：当地大气压（单位：KPa）t：介质温度（单位：℃）Rz：气体超压缩系数已知介质在某个温度和压力下的密度，代入公式ρ=（P+Pa）×1000/Rz（t+273.15）即可算出气体超压缩系数Rz。

5：饱和蒸汽测量饱和蒸汽时应选择5：饱和蒸汽仪表将自动根据温度对饱和蒸汽进行密度补偿。

6：过热蒸汽测量过热蒸汽时应选择6：过热蒸汽仪表将自动根据温度和压力对过热蒸汽进行密度补偿。

7：组合测量测量组份变化比较大的气体（如瓦斯等），可用差压式流量传感器和容积式流量传感器组合成质量流量计，其密度ρ=K2ξ2ΔP/f2.

3）（P003）流量输入：根据实际应用选择流量输入信号。流量输入的选择范围与所选数学模型有关。差压模型可选择：1：差压或2：差压开方。选择1：差压时应输入ΔP的上、下限，仪公式M=K√ΔP•ρ计算质量流量；选择2：差压开方时应输入√ΔP的上、下限，仪表按公式M=K√ΔP√ρ计算质量流量。频率模型的流量输入信号只能选择3：频率。组合测量的流量输入信号只能选择5：组合测量。线性流量模型的流量输入信号只能选择4：线性流量。使用时可通过P100参数设置显示单位：如果流量单位为体积单位，则仪表自动配置为体积流量计，先计算质量流量，然后按公式Q=M/ρ20计算体积流量。

4）（P004）温度输入：根据实际应用选择温度输入信号。不使用温度输入通道可选择0：无，仪表自动关闭温度输入通道，同时也不能设定报警参数；如使用温度输入进行密度补偿，应选择1：4～20mA，并输入量程上、下限。选择2：用户设定，无论是否有温度输入信号，都按用户设定的温度值进行计算。

5）（P005）压力输入：根据实际应用选择压偿，应选择1：4～20mA，并输入量程上、下限。选择2：用户设定，无论是否有压力输入信号，都按用户设定的压力值进行计算。

6）（P006）当地大气压：P0=用户设定的当地平均大气压。

7）（P007）介质常密度：ρ20=用户设定的被测介质标准状态下的密度

8）（P008）流量计算倍率：K=根据实际工况计算的流量计算倍率。

9）（P009）容积仪表常数：对频率模型和组合测量，应根据容积式流量传感器的常数计算：ξ=容积式仪表常数/3.6。选择其它数学模型时，ξ对流量计算没有影响。

10）（P010）小流量切除值：仪表具有小流量切除功能，当瞬时流量小于该值时，只计算流量瞬时值，不进行流量积算，小流量切除值用户可设定。

11）（P100）单位设定：压力和流量的显示单位可根据实际情况设定，温度显示单位为℃，且不可更改；压力显示单位KPa和MPa可选；流量显示单位Kg/h、T/h、Kg/min、T/min、m2/h、m2/min可选。如果流量单位为体积单位，则仪表自动配置为体积流量计。由于显示单位设置不正确，使流量或压力的数值太小或太大而无法显示时仪表将显示溢出信息：“．．．．．．”。

12）（P101）温度报警：上下限报警点可分别设定。其中任何一个超限时，都引起仪表报警输出，前面板上ALM灯点亮，LCD屏上指示出报警状态：▲：指示超上限报警，▲：指示超下限报警同时上位机可以通过3C_BUS协议读取详细的报警状态。

13）（P102）压力报警：上下限报警点可分别设定。其中任何一个超限时，都引起仪表报警输出，前面板上ALM灯点亮，LCD屏上指示出报警状态：▲：指示超上限报警，▲：指示超下限报警同时上位机可以通过3C_BUS协议读取详细的报警状态。

14）（P103）流量报警：上下限报警点可分别设定。其中任何一个超限时，都引起仪表报警输出，前面板上ALM灯点亮，LCD屏上指示出报警状态：▲：指示超上限报警，▲：指示超下限报警同时上位机可以通过3C_BUS协议读取详细的报警状态。

15）（P104）变送输出：可以设定变送输出的上、下限。对于有4～20mA电流输出的仪表，后部IO+和IO-端子间将有与瞬时流量同步的电流输出，对于没有4～20mA电流输出的仪表，上位机可以通过3C_BUS协议读取变送输出值。

16）（P200）通讯协议：仪表带有标准RS-485通讯接口，内置3C_BUS协议（兼容MODBUS协议），可以方便地组成总线型测量网络，一个采集站最多可连接多达247台仪表。计算机可以通过网络读取网上任意一台仪表的测量数据。多个采集站可以通过3C_BUS网或其它方式实现数据共享，以组成自动测量系统。如果不使用通讯功能，该参数可以不设置。

4 结语

通过以上内容说明，让我们了解了LGF流量及编程原理，此仪表功能功能较全，应用广泛，对于莱钢能源网计量提供了可靠的准确性。(end)