[发明专利]嵌入工业以太网接口的智能差压质量流量计及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及差压质量流量计的智能化和网络化，特别是差压流量计的差压质量流量处理、差压信号的补偿方法和嵌入工业以太网通迅接口设计等。

背景技术

在工业生产和产品交易中，由于物料平衡、热平衡、储存等都需要知道介质的质量，尤其在精细化工、航天工业以及石油工业当中，对质量流量计量的准确度提出了更高的要求，主要原因是质量流量测量几乎不受外界条件的影响而更符合生产和贸易的要求。目前，直接进行质量流量测量的仪表主要是科里奥利质量流量计和热氏质量流量计等。尤其是科里奥利液体质量流量计的出现，可以称之为流量仪表的一次革命。但是在具体应用时，应该根据技术条件进行选型，尽量选择结构简单、可靠、性价比高的产品。另外，在现代工业生产中，流动工质的温度、压力等运行参数不断提高，在高温高压的情况下，由于材质和结构等方面的原因，直接式质量流量计的应用遇到困难。因此间接质量流量计也是人们广泛研究的另一重要方向。

采用差压原理的流量计是开发最早、应用最广泛、使用寿命长、应用范围广及标准化程度高的一种流量计，使用量在各类流量仪表中一直占居首位。众所周知，介质密度随着压力、温度的变化而异，在变动工况下采用固定的密度值将带来较大的质量流量测量误差，故必须进行参数补偿，据此发展了温度、压力补偿式质量流量计，检测出被测流体的温度、压力，然后按一定的数学模型自动换算出相应的密度值，得到密度值与容积流量值的乘积便可实现质量流量测量，故称为温度、压力补偿式质量流量计。温度、压力补偿式质量流量计是当前工业上普遍应用的一种推导式质量流量计的特殊形式。

随着控制系统的进一步发展，系统要求传感器可以组成高精度、功能强大的测控网络，以实现分布式测量，降低成本，简化安装和维护。目前的企业内的传统仪表占绝大多数，不能满足控制系统的需要，开发底层智能仪表使其测量精度更高，通信更直接方便是迫切要解决的问题。现场总线是在工业生产现场，在微机化测量控制设备之间进行双向串行数字通信的一种网络系统，是开放式、数字化、多节点通信的底层网络。国际电工委员会(IEC)极为重视现场总线标准的制定，但是各国意见很不一致，结果1999年底通过了8种类型的现场总线作为IEC61158国际标准，加上IECTC17B通过的三种现场总线国际标准及ISO11898的CAN，我国拥有自主知识产权的EPA国际标准，总共达13种之多。现场总线有实时性好、稳定性高的优点，但是通信速率普遍较低，随着控制系统的发展，传输数据量的大量增加，必然会成为制约发展的因素。而且各种不同标准现场总线之间还存在兼容性的问题。因此，人们考虑采用一种统一的标准来解决这些问题。工业以太网技术正是在这样一个背景下逐渐被人们认识和开发的，如今已成为工业控制的一个热点。以太网技术在办公自动化领域的垄断地位已不可动摇，因为其价格性能方面有明显的优势，成为了最受欢迎的通信网络之一。将以太网技术应用在工业控制领域已得到了各大厂商的重视。工业以太网最典型的应用形式是Ethernet+TCP/IP，即灵活的Ethernet底层加上几乎已成通用标准的网络传输协议TCP/IP，使得工业以太网能够非常容易地集成到以Internet和Web技术为代表的信息网络中。与专门为工业控制而开发的现场总线相比，工业以太网技术的优点表现在：以太网技术应用广泛，为所有的编程语言所支持；软硬件资源丰富；易于与Internet连接，实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接；可持续发展空间大等等。使传感器等测控设备直接具备工业以太网接口，在现场层就实现工业以太网，可以实现真正意义上更大范围、更深程度上的信息网络化，实现控制系统的“一网到底”。

人们对流量测量与仪表关注的主要是二个性能：仪表的可靠性和精确度。可靠性包括仪表质量可靠和可维护性。流量仪表是现场仪表，面临恶劣的工作环境，在发生故障时能方便维修，应该说是仪表可靠性的一个方面。智能化的流量仪表不仅可以提高测量的精度，而且可以简化仪表的使用和维护。

控制系统的发展越来越趋向于复杂化、高精度化和智能化。信息的获取占据着越来越重要的地位。而如今的传感器在感知信息方面还显得十分落后，在智能化和网络化方面还有很大的差距。如果能在敏感元件不变的情况下，提升传感器的测量精度并使其具备工业以太网的网络接口，则可以在很大程度上提高控制系统所需信息的准确性，而且信息可以实现更大程度上的共享。传感器在现场具备智能化和网络化的特点后还进一步降低了控制系统的风险，实现了仪表的自我管理，对信息的处理也由被动变为主动。而借助于微处理器性能的快速发展，使得这些设想可以变成现实。

发明内容