СКАЧАТЬ:  vzlet-ppd.zip [539,14 Kb] (cкачиваний: 60)

Теоретическая часть 3

1 Назначение 3

2 Технические характеристики_ 4

3 Устройство и работа_ 7

3.1 Устройство расходомера 7

3.2 Принцип работы_ 9

3.3 Конструкция 10

3.4 Режимы работы_ 11

3.5 Индикация 13

3.6 Универсальные выходы_ 14

3.7 Токовый выход_ 17

3.8 Последовательный интерфейс 18

Приложение А   Вид составных частей расходомера_ 19

Приложение Б Схемы входа и выходов 20

Приложение В Принципиальная схема подключения «ВЗЛЕТ ППД»_ 22

Теоретическая часть

1 Назначение

Расходомеры-счетчики электромагнитные «ВЗЛЕТ ППД» предназначены для измерения в системах поддержания пластового давления (ППД) нефтепромыслов, слабоагрессивных абразивных сред (пульпы, шламы, сточные воды и т.д.) в широких диапазонах изменения температуры, проводимости, при постоянном или переменном (реверсивном) направлении потока рабочей жидкости, в различных условиях эксплуатации. Расходомеры-счетчики «ВЗЛЕТ ППД» могут использоваться также в качестве расходомеров и преобразователей расхода. При этом не используются отдельные функциональные возможности прибора.

Расходомеры могут применяться в энергетике, коммунальном хозяйстве, нефтегазовой, химической и других отраслях промышленно-хозяйственного комплекса.

Расходомеры-счетчики электромагнитные «ВЗЛЕТ ППД» обеспечивают измерение и вывод на устройство индикации (регистрации) следующих параметров:

-          среднего объемного расхода жидкости (независимо от направления потока жидкости – для каждого направления);

-         объема жидкости нарастающим итогом (независимо от направления потока жидкости – для каждого направления отдельно);

-          объема жидкости нарастающим итогом как суммы результатов измерения в обоих направлениях;

-          направления потока жидкости в трубопроводе с указанием условного знака направления (знак « + » соответствует «прямому», а знак « - » – «обратному» направлению потока);

-          полного (общего) времени работы.

2 Технические характеристики

Таблица 1

Примечания: 1. В обозначении диаметра условного прохода, записываемого через дробь (пример 50/100) первое число обозначает непосредственно диаметр условного прохода, а второе – внутренний диаметр подводящей трубы.

2. По заказу расходомеры могут выпускаться на диапазоны расходов 1:100 от Q_наиб, при максимальной скорости жидкости 12 м/с.

Пределы допускаемой относительной погрешности расходомера при измерении, индикации, регистрации, хранении и передаче результатов измерения среднего объемного расхода, объема различных жидкостей не превышают значений, указанных в таблице 2.

Таблица 2

Расходомер соответствует требованиям ГОСТ 12997-84 по устойчивости:

-         к климатическим воздействиям – группе Д2 (диапазон температуры окружающего воздуха от минус 40 до плюс 50°С, относительная влажность до 80% при температуре не более плюс 35 С, без конденсации влаги);

-         к механическим воздействиям –  группе N2 (устойчивость к частоте  10-55 Гц);

-         к атмосферному давлению – группе Р2 (изделие должно быть устойчивым и прочным к воздействию атмосферного давления в пределах 66-106,7 кПа на высоте до 3 000,00 м над уровнем моря).

Степень защиты расходомера соответствует коду IP65 по ГОСТ 14254-96.

          Источник вторичного питания «Взлет ИВП» соответствует требованиям ГОСТ 12997-84 по устойчивости к внешним воздействующим факторам:

-              по климатическим воздействиям – диапазон температур окружающего воздуха от плюс 5°С до плюс 50°С, относительная влажность воздуха до 80% при плюс 35°С и более низких температурах без конденсации влаги – группа В4;

-             по воздействию атмосферного давления – (66–106,7) кПа (500–800) мм рт.ст. – группа Р2;

-             по механическим воздействиям – амплитуда вибросмещения 0,35 мм, частота от 10 до 55 Гц – группа N2.

Исполнение источника вторичного питания «Взлет ИВП» соответствует степени защиты IP40 по ГОСТ 14254-96 (МЭК 529-89).

Вид и массогабаритные характеристики расходомера приведены в Приложении А.

3 Устройство и работа

3.1 Устройство расходомера

Рис.1. Структурная схема расходомера

Расходомер состоит из электромагнитного первичного преобразователя расхода и вторичного преобразователя - микропроцессорного блока измерения (БИ).

Блок измерения содержит модуль обработки и модуль индикации.

Модуль обработки обеспечивает:

-             питание обмоток электромагнита;

-             прием и обработку измерительного сигнала (ЭДС индукции), определение среднего объемного расхода;

-             преобразование измеренного среднего объемного расхода в последовательность выходных импульсных сигналов;

-             определение направления потока и выдачу сигнала направления потока в виде уровня логического сигнала;

-             обмен по последовательному интерфейсу RS-485;

-             накопление объема и времени наработки нарастающим итогом;

-             диагностику работы прибора;

-             хранение установочных и накопленных данных.

Модуль индикации устанавливается по заказу и может обеспечивать:

-             индикацию параметров;

-             формирование токового выходного сигнала;

-             обмен по последовательному интерфейсу RS-232 или RS-485 с внешними устройствами.

Тип последовательного интерфейса (RS-232 или RS-485), которым должен быть оснащен модуль индикации, также определяется при заказе.

Питание расходомера должно осуществляться стабилизированным напряжением в диапазоне (18¸25) В с коэффициентом стабилизации выходного напряжения не более ±1,0%. При использовании поставляемого по заказу источника вторичного питания (ИВП) расходомер может питаться напряжением (154-264) В   частотой (50±1) Гц.

3.2 Принцип работы

Принцип работы электромагнитного расходомера (ЭМР) основан на измерении электродвижущей силы (ЭДС) индукции, возникающей в объеме электропроводящей жидкости, движущейся в магнитном поле, создаваемом электромагнитной системой в сечении канала первичного преобразователя расхода (рис. 1).

Первичный преобразователь расхода (ППР) представляет собой полый магнитопроницаемый цилиндр, снаружи которого помещены обмотки электромагнита. Внутренняя поверхность цилиндра имеет электроизоляционное покрытие. Для съема измерительного сигнала в стенках цилиндра диаметрально расположены два электрода, контактирующие с контролируемой жидкостью.

ЭДС индукции E пропорциональна средней скорости потока жидкости v, расстоянию между электродами d (внутреннему диаметру первичного преобразователя) и магнитной индукции B:

,  где                   (1) 

k – коэффициент пропорциональности.

Для данного типоразмера ЭМР В и d - величины постоянные. Значение ЭДС не зависит от температуры, вязкости, а также проводимости жидкости при условии, что проводимость не меньше указанной в технических характеристиках расходомера.

С учетом формулы для ЭДС индукции расход Q определяется следующим образом:

      (2)

Объем жидкости V, прошедшей через ППР за интервал времени Т, рассчитывается по формуле:

                         (3)

3.3 Конструкция

Проточная часть расходомера выполняется в конструктиве типа «сэндвич», когда ППР с помощью шпилек зажимается между двумя фланцами, приваренными к концам трубопровода в месте врезки расходомера.

Внутренняя поверхность проточной части футеруется резиной. Материал футеровки химически инертен измеряемой среде. Конструкция проточной части устойчива к максимальному рабочему давлению.

На торцевые поверхности ППР устанавливаются уплотнительные кольца для фиксации в ответных фланцах. Диаметры уплотнительных колец, при использовании ответных фланцев по ГОСТ 12815-80, обеспечивают соосность внутреннего канала ППР.

Блок измерения без индикатора содержит плату модуля обработки, и корпус его выполняется из металла. Корпус БИ с индикатором выполняется из металла и содержит две платы: модуль обработки, который размещается непосредственно в корпусе, и модуль индикации с индикатором – в крышке корпуса (передней панели). Между собой модули соединяются сигнальным шлейфом.

Кожух ППР и полая стойка, на которой крепится БИ, выполнены из металла.

Ввод кабеля питания и сигнальных кабелей осуществляется через кабельные гермовводы.

3.4 Режимы работы

Расходомер имеет три режима работы:

-             «Настройка» – режим настройки и поверки;

-             «Сервис» – режим подготовки к эксплуатации;

-             «Работа» – эксплуатационный режим (режим пользователя).

Изменение режимов осуществляется путем установки перемычек на контактные пары на плате модуля обработки (см. Приложение А, рис. А.2). В случае отсутствия установленных контактных пар, расходомер функционирует в режиме «Работа».

Наименования и значения режимов работы, а также соответствующие им контактные пары указаны в табл. 4.

     Таблица 4

Режимы отличаются возможностями модификации установочных параметров прибора. Модификация осуществляются программно по последовательному интерфейсу RS-232 или RS-485.

В режиме «Работа» возможна модификация только параметров, не влияющих на работу расходомера:

-             параметров связи по последовательному интерфейсу;

-             параметров индикации.

В режиме «Сервис», дополнительно к возможностям режима «Работа», возможна модификация параметров, определяющих функционирование расходомера:

-             отсечек по измерению;

-             настроечных параметров универсальных и токового выходов.

В режиме «Настройка» доступны все установочные параметры прибора. В этом режиме производится настройка прибора в процессе его изготовления и юстировка (калибровка) при поверке на сертифицированной поверочной установке.

Модификация установочных параметров расходомера, доступных в режимах «Сервис» и «Работа», не влияет на метрологические характеристики прибора и может производиться при необходимости на объекте. Параметры настройки и калибровки в режимах «Работа» и «Сервис» недоступны.

В расходомере имеется возможность установки отсечек по измерению расхода По нарастанию и По убыванию, а также Отсечки по индикатору.

Отсечки По нарастанию и По убыванию – это пороговые значения расхода, ниже которых (при изменении расхода в большую и меньшую сторону соответственно) отсутствует накопление объема, выдача импульсов и токового сигнала. При этом индицируется нулевое значение расхода.

Отсечка по индикатору – это значение расхода, ниже которого индицируется нулевое значение расхода, а накопление объема, выдача импульсов и токового сигнала продолжаются.

Значение каждой из отсечек может устанавливаться в пределах от 0 до 0,255×Q_наиб с дискретом 0,001×Q_наиб. Типовое значение при выпуске из производства – 0,002×Q_наиб. В расходомере для реверсивного потока отсечки срабатывают как при положительном, так и при отрицательном направлении потока. Сигнал направления потока также изменяется с учетом установленных отсечек.

3.5 Индикация

Расходомер оснащается 7‑сегментным 8-разрядным с десятичной точкой жидкокристаллическим индикатором (ЖКИ), имеющим две строки (рис. 2):

-             строка буквенно-цифровой информации;

-             строка индикации специального символа – маркера.

Маркеры в виде символа V служат для указания на обозначение индицируемого параметра и на единицы измерения (расхода и объема в случае их индикации), нанесенные на переднюю панель прибора ниже ЖКИ.

Т – время наработки;

Q – текущий расход;

V – суммарный объем;

V+ - объем прямого направления;

V- - объем обратного направления (для реверсивного исполнения прибора).

Рис. 2. Вид индикатора расходомера с маркировкой обозначений на передней панели при индикации объема обратного потока (значение V- = -1 227,7001 м³)

Набор индицируемых параметров, единицы измерения и период индикации, а также отсечка по индикации могут устанавливаться по заказу при выпуске из производства или на объекте при вводе в эксплуатацию. Период индикации – время индикации одного параметра может устанавливаться в пределах от 1 до 100 с. При типовой поставке период индикации устанавливается равным 5 с.

Наличие нештатной ситуации в режиме работы трубопровода или неисправности прибора будет периодически индицироваться в виде символа Н на соответствующем знакоместе ЖКИ.

3.6 Универсальные выходы

Расходомер имеет два гальванически развязанных выхода №1 и №2 универсальных как по возможному режиму работы (частотный, импульсный или логический), так и возможному назначению (расход по модулю, прямой и обратный). Тип (режим работы) выходов, назначение, а также параметры их работы задаются программно при выпуске из производства в соответствии с заказом либо на объекте при вводе в эксплуатацию.

Схема оконечного каскада выходов и описание его режимов работы приведены в Приложении Б, рисунки Б.1 и Б.2. Монтажная схема приведена в Приложении Б, рисунок Б.3.

В импульсном и  частотном режимах выходы могут использоваться для вывода результатов измерения в виде импульсной последовательности типа «меандр» со скважностью 2 и нормированным весом импульсов. Предельная частота следования импульсов 2000 Гц.

Константа преобразования выхода К_р (имп/л), определяющая вес импульса, может устанавливаться в пределах от 0,0001 до 200 000 с минимальным дискретом 0,0001. Для определения значения К_р с учетом максимального значения расхода в трубопроводе, где будет устанавливаться расходомер, а также частотных свойств приемника импульсного сигнала можно воспользоваться формулой:

 ,  где             (4)

Q_макс - максимальный эксплуатационный расход в трубопроводе, м³/ч;

F - максимально допустимая для приемника частота следования импульсов расходомера, Гц;

t_u= - минимально допустимая для приемника длительность импульсов расходомера, мс;

Т_и - период следования импульсов на выходе расходомера, мс.

По умолчанию при выпуске из производства для выхода №1 устанавливается частотный режим работы и значение К_р, указанное в табл. 5, что соответствует частоте около   1500 Гц при Q_наиб.

Таблица 5

В частотном режиме частота следования пропорциональна среднему объемному расходу, измеренному в течение предыдущих 80 мс. При работе в этом режиме задается значение К_р, а также значения параметров Максимальная частота и Аварийная частота.

Максимальная частота – частота на выходе при максимальном расходе в данном трубопроводе.

Аварийная частота – частота импульсов (не более 2000 Гц), формирующаяся на выходе  в случае, если измеренное значение расхода превышает значение Q_наиб для данного D_y расходомера.

Назначение выхода в частотном режиме задается установками Расход по модулю, Расход прямой и Расход обратный.

При установке Расход по модулю импульсная последовательность с частотой следования, пропорциональной измеренному значению расхода, формируется на выходе при любом направлении потока, при установке Расход прямой – только при прямом направлении потока, Расход обратный – только при обратном направлении.

В импульсном режиме работы в течение секунды на выход поступает пачка импульсов, количество которых с учетом веса импульса соответствует объему, измеренному за предыдущую секунду. При работе в этом режиме задается значение К_р и Период импульсов.

      Период импульсов – период следования импульсов в пачке (от 1 до 1000 мс).

Назначение выхода в импульсном режиме задается установками Объем по модулю, Объем прямой, Объем обратный.

При установке Объем по модулю импульсы, количество которых пропорционально измеренному значению объема, поступают на выход при любом направлении потока, при установке Объем прямой – только при прямом направлении потока и Объем обратный - только при обратном направлении.

В логическом режиме на выходе наличию события (или его определенному состоянию) соответствует один уровень электрического сигнала, а отсутствию события (или иному его состоянию) – другой уровень сигнала.

Программно для логического режима задается Активный уровень, который может быть Высоким или Низким, соответствующий наличию события. Параметры уровней сигнала приведены в Приложении Б.

Назначение выхода в логическом режиме задается установками:

-             Направление потока – уровень сигнала на выходе изменяется без задержки при изменении направления потока в трубопроводе;

-             Ошибка Q>Q_макс – уровень сигнала на выходе изменится, если измеренное значение расхода превысит значение Q_наиб для данного D_y расходомера;

-             Любая ошибка – уровень сигнала на выходе изменится при возникновении любой нештатной ситуации, диагностируемой прибором.

3.7 Токовый выход

Токовый выход расходомера может работать в одном из трех диапазонов: (0-5) мА, (0-20) мА или (4-20) мА.

Номинальная статическая характеристика токового выхода:

 , где              (5)

Q - измеренное значение расхода, л/мин;

Q_ну - заданное значение нижней уставки по токовому выходу, соответствующее I_мин, л/мин;

Q_ву - заданное значение верхней уставки по токовому выходу, соответствующее I_макс, л/мин;

I_вых - значение выходного токового сигнала, соответствующее измеренному значению расхода, мА;

I_макс - максимальное значение диапазона работы токового выхода (5 или 20), мА;

I_мин - минимальное значение диапазона работы токового выхода (0 или 4), мА.

Программно для токового выхода задаются диапазон работы и значения уставок, а также назначение. При установке назначения Расход по модулю – ток, пропорциональный измеренному значению расхода, подается на выход при любом направлении потока, при установке Расход прямой – только при прямом направлении потока, при установке Расход обратный – при обратном направлении.

Параметры токового выхода и схема подключения к нему приведены в Приложении Б, рис. Б.2.

3.8 Последовательный интерфейс

Последовательный интерфейс позволяет получать информацию об измеряемых и установочных параметрах, а также модифицировать доступные установочные параметры.

При наличии модуля индикации прибор оснащается по выбору последовательным интерфейсом RS-232 или RS-485. При отсутствии модуля индикации и встроенного интерфейса настройка прибора может осуществляться с помощью внешнего преобразователя RS-232, поставляемого по заказу и подключаемого к модулю обработки.

Интерфейсы RS-232 и RS-485 поддерживают протокол ModBus (RTU ModBus и ASCII ModBus).

Встроенный интерфейс RS-232 может использоваться для связи с персональным компьютером (ПК):

- по кабелю (при длине линии связи до 12 м);

- по телефонной линии (с помощью телефонного модема);

- по радиоканалу (с помощью радиомодема).

Дальность связи по телефонной линии и радиоканалу определяются их характеристиками.

Интерфейс RS-485 обеспечивает связь по кабелю в группе из нескольких абонентов, один из которых может быть ПК, при общей длине линии связи до 1200 м.

Скорость обмена по интерфейсам RS-232 и RS-485 (от 1200 до 19200 Бод), а также параметры связи устанавливаются программно.

Приложение А                                                                                     Вид составных частей расходомера

Рис. А.1 Расходомер с индикатором (исполнения ППД-213)

Таблица А.1. Массогабаритные характеристики расходомеров

* - справочный размер

Приложение Б

Схемы входа и выходов

Б.1. Универсальные выходы

Для обеспечения сопряжения с различными типами приемников оконечные каскады выходов (рис.Б.1) могут работать как при питании от внутреннего развязанного источника питания (активный режим – типовая поставка), так и от внешнего источника питания (пассивный режим).

В скобках на схеме указаны обозначения для универсального выхода №2.

Рис. Б.1 Схема оконечного каскада универсальных выходов

В активном режиме напряжение на выходе при отсутствии импульса, а также соответствующее уровню Высокий в логическом режиме может быть от 2,4 до 5,0 В. При наличии импульса и при уровне Низкий в логическом режиме – напряжение на выходе не более 0,4 В.

В пассивном режиме допускается питание от внешнего источника напряжением постоянного тока от 5 до 10 В, допустимое значение коммутируемого тока нагрузки не более 10 мА.

Подключение оконечного каскада к внутреннему источнику питания +5 В осуществляется с помощью перемычек, замыкающих контактные пары на плате модуля обработки: J1, J3 – для выхода №1 и J2, J4 – для выхода №2.

Б.2. Токовый выход

Токовый выход в диапазонах работы (0-20) мА или (4-20) мА может работать на нагрузку сопротивлением до 1 кОм, в диапазоне (0-5) мА – до 2,5 кОм.

Допустимая длина кабеля связи по токовому выходу определяется сопротивлением линии связи. При этом сумма входного сопротивления приемника токового сигнала и сопротивления линии связи не должна превышать указанного сопротивления нагрузки.

Питание токового выхода (рис.Б.2) осуществляется от источника вторичного питания расходомера, путем подключения параллельно входу питания расходомера на модуле обработки.

Для обеспечения гальванической развязки токового выхода на него необходимо подать напряжение постоянного тока (24 ± 1,2) В от внешнего источника питания.

Рис. Б.2   Разъем ХР4 токового выхода расходомера на плате модуля индикации

Приложение В

Принципиальная схема подключения «ВЗЛЕТ ППД»

XS1 – разъем подключения кабеля питания =24В;

ХТ2 – контактная колодка универсального выхода №1;

ХТ3 – контактная колодка универсального выхода №2;

ХР3 – разъем последовательного интерфейса RS-232 или RS-485;

ХР4 – разъем токового выхода расходомера на плате модуля индикации;