В.С. ШЕРМАН (ИПУ РАН)

Полевое оборудование АСУТП – надежда и реальность.

Продолжено рассмотрение классификации измерительных средств как элементов АСУТП; выделены изделия, относящиеся к полевому оборудованию. Приведен новый перечень измерителей расхода и давления, представленных на рынке России, выделены те из них, которые относятся к полевому оборудованию.

A classification of measurement devices as automatized process control system elements is presented; the articles, which relate to field equipment, are emphasized. A list of flowmeters, presented in the Russian market is given; and the items, which relate to field instruments, are noted.

        В предыдущей публикации была предложена концепция классификации средств измерения в соответствии их современным требованиям к АСУТП. На примере измерителей расхода, серийно выпускаемых как российскими заводами, так и зарубежными фирмами, был дан их предварительный анализ.

        Из восьми существующих методов измерения расхода были рассмотрены приборы, основанные на методах перепада давлений, ультразвуковом, вихревом и кориолисовом. В этой статье продолжится анализ измерителей расхода: турбинных, индукционных, тепловых и приборов постоянного перепада (ротаметрах).

Предложенная классификация измерителей имеет три группы.

1. Средства автономного контроля, которые измеряют параметр процесса и преобразуют его в принятый для оценивания показатель.
2. Средства измерения, где реализуется предыдущая функция, а также функции, обеспечивающие полноценную работу измерителя в полевой сети АСУТП. В этом случае измеритель выполняет функции цифрового преобразования сигнала, диагностики его работы, дистанционной настройки, калибровки и сигнализации. В результате такого оснащения он становится активным элементом и полностью отвечает требованиям, предъявляемым системой к своим компонентам.
3. Измерители, реализующие ограниченный набор функций, что позволяет им работать в системе, оставаясь при этом пассивным поставщиком информации.

            Турбинные расходомеры. Принцип их работы хорошо известен. В сущности, это генераторы электрических сигналов, частота которых пропорциональна скорости вращения турбины и в итоге – расходу протекающей среды. Применяются два типа таких расходомеров: полнопрофильные и погружные. В первом случае диаметр лопастей турбины совпадает с диаметром трубы, в которую она встроена; во втором диаметр лопастей турбины значительно меньше диаметра трубы. Здесь выбор соотношения диаметров трубы и турбины, а также гидро- и аэрорежимы будут определять точность измерения расхода. На российском рынке полнопрофильные турбинные расходомеры представлены зарубежными и отечественными фирмами. Погружные турбинные расходомеры –только зарубежные.

        Следует отметить, что на сегодня именно полнопрофильным расходомерам доступна самая высокая точность: 0,05 %, несвойственная другим приборам. Но изделия такого класса достаточно дороги. Кроме того, такие расходомеры имеют серьезные недостатки: большой перепад давлений (drop) и чувствительность к абразивному воздействию.

        Как отмечалось, турбина выдает частотный или импульсный сигнал, преобразуемый затем в стандартные аналоговые или цифровые. На рынке появилось много таких изделий с весьма разнообразными функциями, удовлетворяющими любого потребителя. В состав этих функций входят и те, которые позволяют отнести эти изделия ко второй группе, т.е. к полноценным полевым средствам измерения.

        Если сравнить зарубежные и отечественные приборы, то российские скорее относятся к третьей группе изделий, т.е. выполняют функции коммерческого или технологического учета, а зарубежные, кроме того, позволяют решать задачи программного дозирования продуктов и др. в соответствии со второй группой классификации.

        Погружные турбинные расходомеры чаще всего используются в качестве контрольного инструмента, отечественной промышленностью они не выпускаются и не нашли широкого применения.

            Индукционные расходомеры. Это один из самых распространенных методов измерения расхода жидкости и имеет широкий диапазон измерения расхода: от единиц литров до 1 млн. м³/ч. Соответственно выпускаются измерители на диаметры трубопроводов от 1 мм до 8 м. Их предлагают зарубежные фирмы. Российские заводы освоили серийное производство измерителей от 10 мм до 1 м, соответственно с расходами от нескольких литров до нескольких тысяч кубометров в час. Большинство зарубежных изделий относятся ко второй группе изделий, отечественные – к третьей. Большинство индукционных расходомеров работают в жидкой среде, электропроводность которой более 5 мкСм/см, некоторые модели работоспособны при меньшей электропроводности, но не ниже 0,01 мкСм/см. Фирма Yokogawa выпускает емкостные безэлектродные электромагнитные расходомеры для жидкости с неоднородными потоками и электропроводностью не ниже 0,01 мкСм/см.

        У фирмы Krohne есть изделие, работающее как при незаполненной трубе, так и с большим содержанием твердых включений (до 30 %). Многие зарубежные измерители снабжены детекторами типа порожней трубы. Отечественные изделия такой сигнализации не имеют.

Замечательное свойство этих измерителей – отсутствие потери давления при измерении.

        Ротаметры. Данные изделия весьма распространены в производстве благодаря конструктивной простоте, относительно низкой цене и легкости обслуживания. Они обладают хорошим технологическим свойством – постоянным перепадом, не зависящим от расхода.

Большинство зарубежных ротаметров отвечают по классификации требованиям второй группы, но одновременно выпускаются изделия и третьей группы. Российские заводы поставляют ротаметры, относящиеся к первой группе, часть изделий производится с пневматической передачей сигнала на вторичные приборы.

        Тепловые расходомеры. Эти измерители расхода отечественными заводами серийно не изготовляются. Но многие зарубежные фирмы выпускают серийно такие изделия для измерения расхода газа и жидкости. Принцип измерения расхода достаточно прост: в поток погружаются два терморезистора и размещаются в нем так, что один омывается потоком газа или жидкости, а другой защищен от влияния на него скорости потока, но изменяет свое сопротивление от температуры. Резисторы включены в измерительный мост, выдающий сигнал в зависимости от расхода потока. Получаемая при этом точность прибора вполне сопоставима с другими методами измерения расхода: для жидкости она составляет 0,5 %, для газа она равна 1 %. Такой расходомер имеет низкую потерю давления, разные конструктивные решения (погружные, врезные и другие варианты). Подобные изделия выпускаются в вариантах, позволяющих отнести их к третьей группе классификации.

        Измерители абсолютного, избыточного и дифференциального давлений. Эта группа измерителей относится к промышленным изделиям массового производства и заслуживает внимания. На приборном рынке России имеют хождение измерители давления как зарубежных фирм (табл. 1), так и российских заводов (табл. 2). В таблицах представлены типы измерителей давления (абсолютного, избыточного или дифференциального) независимо от их конкретного назначения. Из представленных данных можно сделать несколько выводов:

1. в этой группе изделий у зарубежных фирм используются пять принципов действия сенсоров;
2. у российских заводов в основном реализован только один принцип работы сенсора^*;
3. достигнутая точность работы сенсора на тензорезистивном принципе у зарубежных фирм в 2 раза и более выше, чем у российских изделий;
4. для дальнейшего повышения точности измерения некоторые фирмы перешли на цифровые методы первичной обработки сигнала на уровне кристалла сенсора и автоматическую температурную корректировку непосредственно в сенсоре;
5. вероятно, работа сенсоров с аналоговыми сигналами не позволит получить более высокую точность чем достигнута на сегодня;
6. наиболее перспективен принцип работы сенсора емкостный и емкостно-резонансный.

        Практически все изделия зарубежных фирм относятся ко второй группе классификации и являются активными полевыми средствами измерения, хотя в номенклатуре изготовителей предусмотрены выпуск и модификация изделий третьей группы. Российские приборостроительные заводы производят изделия, входящие только в третью группу. Концерн “Метран” (Челябинск) первым из отечественных заводов наладил выпуск изделий по лицензии фирмы Fisher-Rosemount и тем самым положил начало изготовлению современных промышленных измерителей для российских потребителей. Производимые концерном изделия отвечают требованиям второй группы классификации и могут быть использованы в теперешних системах управления.

        Естественно, что полевые измерители расхода или давления должны стоить дороже изделий, относящихся к первой и третье группам. Но все полевые измерители работают в тяжелых производственных условиях; их необходимо запускать, налаживать, обслуживать, следить за правильностью работы, корректировать, диагностировать. Все эти работы нужно проводить с момента монтажа и в течение всего срока их эксплуатации. Этот труд, хотя и квалифицированный, ведется в тяжелейших условиях, и осуществляется он персоналом, который привычно называют “киповцами”. Численность этого персонала катастрофически падает, люди не выдерживают, уходят, их труд становится непрестижным. Молодежь идет на такую работу крайне неохотно. Что же нужно в связи с этим предпринять? Предложения по преодолению данной проблемы уже есть. Создав полевое оборудование, способное работать в составе современных АСУТП, разработчики подобных изделий решили этот вопрос. Характер работы с полевым оборудованием изменяется коренным образом и приближается к работе программистов, электронщиков и другим престижным специальностям, снижается трудоемкость благодаря заложенной в указанные изделия части современных обязанностей киповцев. Исходя из народной мудрости: “Мы не так с Вами богаты, чтобы покупать дешевые средства измерения”, лучше иметь дело с дорогим интеллектуальным оборудованием. Качество работы оборудования, стабильный и оптимальный ход технологического процесса – важнее.

        Публикации по названной теме будут продолжены. Автор ждет откликов читателей.

Контактный телефон (095) 334-91-30, факс 334-93-40.

E-mail: sherman@ipu.rssi.ru

возврат к содержанию журнала