安徽银鹭压缩空气无线计量方案

安徽银鹭

压缩空气无线计量方案

艾默生过程控制有限公司

2016年12月

艾默生过程控制有限公司上海浦东新金桥路1277号

一方案介绍

1项目背景及目标

项目背景：

安徽银鹭食品有限公司压缩空气没有纳入能源计量管理系统，需要加装流量计并将实时能耗纳入到能源计量系统中，进行监控，分析及统计等需求。具体要求对各个分厂及车间的空气流量进行计量，并达到测量精度高，重复性好等需求。

项目目标：

面对以上需求，艾默生采用多参数一体化温压补偿阿牛巴流量计并配合智能无线测量方案能够解决高精度测量，线缆铺设不方便，工程费用较高等一系列问题，同时能够加快施工进度，降低工程总成本。最终项目实施目标达到现场仪表测量精度高，稳定性好，能源管理软件实施监控，分析，统计现场数据，并无缝接入到现有的MES系统中，整个工程施工周期短，投资少。

2多参量一体化流量计技术特点

艾默生3051SFA/C系列多参数一体化多参数流量计具备精度高，量程比宽，稳定性好（10年的稳定性），可以在线检测温度，压力及差压三个在线变量，同时在流量计中自动做温压补偿，输出质量流量及热量，特别适用于蒸汽及压缩空气计量系统。具有测量精度高，稳定性好，因为采用了一体化安装形式，整体铸造工艺，具有很高的耐冲击性能，有效解决了蒸汽对设备的冲击及汽锤问题。是目前在蒸汽压缩空气等计量工程中应用最广泛的一种产品。

主要特性包括：

高精度的质量流量及热量的动态计算补偿

与法兰等级无关的对中机构保证孔板对中安装

利用一体化流量计解决方案将显著提高测量精度和重复性。

一体化设计大大节省设计采购工作量，减少潜在泄漏点

调整型孔板设计提高精度减少直管段要求

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关键参数：

产品优势：

罗斯蒙特公司提供的优秀差压流量产品为客户提供完美的流量测量解决方案。均速管阿牛巴ANNUBAR 从1970 年的圆型发展到今天的T 型，经过了30 多年的不断进步，如今的T 型在各种性能方面都比原先的圆型、宝石型有显著改。阿牛巴流量计非常好地解决了孔板流量计在大口径流量测量上的全部问题。阿牛巴流量计的优势具体如下：

精确的测量结果

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取得专利的T 型阿牛巴正面高压取压槽口跨越整个管道直径，获得比以往各种形状均速管流量计12倍以上的流体速度取样面积，因而得到平均流量速度分布综合的精确的测量结果。

有更好的杂质抗堵性能

在流体中正面形成的滞压区使颗粒偏转，避免进入高压腔室

背部巨大的“滞流安静区”可产生安静的信号并且使得粒随主流运动。

具有突出的信噪比

取得专利的T 型阿牛巴在流体同样的工艺条件下产生的差压信号要比取得比以往各种形状均速管流量计大80％以上，并具有突出的信噪比。

大大降低了安装的要求

取得专利的T 型阿牛巴正面高压取压槽口跨越整个管道直径，在取得更精确的流体平均速度的同时也大大降低了安装的要求。T 型阿牛巴允许在X 、Y 、Z 三轴方向有±5°的偏差。

低压损

ANNUBAR 十分优秀的低压损特性，大大地减少了现场能量的损耗。

不断流在线带压安装维修

采用FLO-TAP 安装方式的ANNUBAR 485 可以在工艺生产不间断的情况下进行带压安装维修，十分特别适合改造工程。

405C 调整型孔板4孔设计是气体、液体和蒸汽应用中在直管段敷设受限制的测量情况下的最佳选择，只需前2D 后2D 。405C 调节孔板可提供一致和精确的测量结果，使客户利用传统孔板技术实现精确测量。

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3 艾默生智能无线技术特点

艾默生智能无线技术使工厂能够获得所有关于资产、工艺和人员优化的有用信息，进一步优化工厂的运营和维修，降低用户的投资成本。

在现场无线网络层，IEC 62591 WirelessHART 标准是工业过程测量和控制领域的首个无线国际标准，艾默生现场智能无线技术即遵循WirelessHART 标准，其网络构成为符合WirelessHART 标准的自组织Mesh 网络。智能无线网络易于组态和管理，数据可靠性超过99％，满足工业企业对过程数据安全可靠性的要求。在工厂密布着金属管线或金属设备的严酷应用环境中，自组织 Mesh 网络保证网络的互操作性、自适应性和灵活扩展性，最大程度满足工厂生产的需求。

艾默生现场智能无线网络分成两层结构：

第一层是现场无线设备之间的自组织网络（self organizing network ），无线设备以自我组织的、Mesh 架构智能化的方式与网关（gateway ）通讯。

第二层是网关和主机系统之间的无缝集成通讯，主机系统可以是DCS ，PLC ，或任何HMI 工作站等。

图2.2 Emsrson 现场仪表无线网络架构

现场无线设备之间的通讯网络，采用自组织全网格拓扑结构（mesh

topology ），集成工业级的安全措施，采用功能强大的冗余通讯方式。无线网络自我组织、自我适应、自我修复，数据传输可靠性大于99%。由于采用Mesh 结

第一层

第二层 控制室 现场

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构，无线网关具备网络管理功能，因此，在通讯路径被干扰时，网络无线设备能够自动重新选择其它冗余路径进行通讯。

现场无线设备包括压力变送器、温度变送器、分析变送器、阀位反馈位置变送器及振动变送器等，涵盖了工业过程中各种测量参数的无线监测设备。现场设备之间的无线通讯的物理层协议，采用 2.4GHz 的ISM 公用频段，应用直接序列扩频技术（DSSS ）克服无线网络干扰，无线通讯的链路层（Link Layer ）符合IEEE 802.15.4工业无线通讯标准，在应用层符合WirelessHart 协议，数据包采用AES-128位的行业标准加密技术，以保证现场设备之间的通讯安全。

第二层

WirelessHART 是目前为止唯一已经正式发布的适合于过程控制行业的无线国际标准（IEC62591），艾默生现场无线网络完全符合该标准。

艾默生智能无线方案采用自组织网状（MESH ）网络拓扑结构，具有以下特点：

? 自组织网络

- 精确时间同步全网格架构 (TSMP) - IEEE 802.15.4 和跳频技术（FHSS ） - 全面的安全措施

- 通讯可靠，几乎适应所有的干扰环境，同其它无线网络友好共存

- 自动重新组态，无需人工介入

? 网状拓扑结构确保冗余的数据通讯路径、保证数据的可靠性

? 用于监测、开环控制、闭环控制 ? 单个网关可以连接100台无线设备

? 对于无线仪表的增加或退出，网络具有自修复功能

? 可以和任何第三方控制系统（DCS ），PLC 等无缝式集成；

艾默生无线技术符合IEC 61326关于电磁兼容性的规定，抗干扰能力强，信号不受气候影响，且无干扰及辐射。无线现场设备均符合中华人民共和国无线电管理规定和技术标准，并拥有国家工信部无线电管理局认证的无线电发射设备型号核准证。

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2.1

1420无线智能网关

智能无线网关1420是现场智能无线仪表和上位人机界面的接口，网关户外安装，接口符合NEMA 4X / IP66规定，低铜铝合金外壳，聚氨酯喷漆，可选避雷器。1420网关的接口协议灵活，人机界面通过网关也可以对现场的无线设备进行方便快捷的组态。

现场无线设备通过网关与主机系统（如DCS 、PLC 、工作站）通讯。主以太网Ethernet 10baseT 标准通讯接口，供与主机系统的通讯和现场维护之用。同主机系统的通讯协议是OPC 和Modbus TCP/IP ，数据包括 32位浮点。网关传输所有的HART 数据（PV 、SV 、TV 、QV ）及其它设备智能信息。网关配备了串行通讯口：RS485，Modbus RTU ， 2线制，支持多点连接，波特率可设置从9600 至57600bps ，距离不大于1,500m 。

1420网关的功能和特性如下：

网络管理

简单强大安全网络密 钥轮换管理 VPN

网络非常容易扩展 数据管理

大于99.9%的可靠性 趋势显示

与上位系统通讯

Modbus （TCP 和 RTU ） OPC

HTTP(Web 方式)

密钥管理、用户报警 设备管理

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组态简单 设备诊断

本安，Class 1 Div 2认证

2.3THUM775智能无线适配器技术规范

概述

无线适配器THUM （The Hart Upgrade Module ）是基于微处理器的智能设备，可以实现基本传感器元件的自诊断功能；该适配器可以连接常规的HART5.0以上有线仪表，读取该设备的多参数过程变量和设备状态信息，并转换为

WirelessHart 无线信号输出，与标准的WirelessHart 无线网关相通讯。支持标准的HART 设备描述语言EDDL ，可以通过基于PC 的设备管理软件或HART 手操器组态和设置。

THUM （775）智能无线适配器是专门为有线HART 设备开发的天线，可以兼容HART 5.0版本以上的HART 设备，将有线HART 设备升级为无线设备。它利用现有的有线仪表的供电工作，无需电池，不影响现有有线设备的性能，同时可以将有线设备的多个测量值及诊断信息通过无线方式发送出去，与1420无线网关通讯，组成WirelessHART 无线网络。 功能

? 采集有线多变量HART 设备的测量信息和诊断信息 ? 将有线HART 设备转换为无线HART 设备 ? 访问有线HART 设备的高级仪表诊断信息 ? 对远程设备进行管理和性能监视 ? 提高阀门工作性能 特征

? WirelessHART 标准

? 安装简单灵活，成本低 ? Class 1 Div 1认证、0区认证

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不影响4到20mA 回路

认证等级

无线适配器可安装在户外，接口符合NEMA 4X/IP66，低铜铝合金外壳，聚氨酯喷漆。工作温度范围为：－40oC ～85oC 和100％湿度无凝露。 测量

适配器支持2线和4线制HART 设备，可同时读取相连HART 设备的4个多变量参数（PV 、SV 、TV 、QV ）及设备诊断信息；刷新率可设置为8s ，16S 等；由于考虑到故障导通设计原理，可以用于关键性控制回路中，甚至用于SIS 回路。适配器可传输大型数据文件，如罐区雷达图形、阀门特性曲线、仪表诊断和仪表校验数据等。

4 压缩空气流量无线测量方案

解决方案基于艾默生智能无线一体化流量测量技术，在压缩空气管道上面安装3051SFA 一体化智能无线流量计，安装在现场的1420无线网关通过无线智能网络接收所测流量信号，并将信号通过以太网，Modebus485或者ModebusTCP/IP 接入工厂的PLC 系统。 压缩空气流量无线测量整体架构图：

1420网关75THUM7

THUM 775THUM

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综上所述压缩空气流量无线监测方案如下：

? 每台3051SFA 一体化流量计安装一支无线适配器（THUM ），无线适配器THUM 通过无线HART 方式将所采集的4个多变量参数（累计流量，瞬时流量，压力，温度）发送给1420无线网关，由网关将数据传送到中控系统及能源管理软件

? 1420无线网关将多参数变量用以太网或者485的方式将数据传送到上位机，1420网关支持Modebus 和OPC 协议。

无线技术对于蒸汽流量测量应用具有先天优势：

? 现场安装方便，只需将无线流量计安装在指定位置，网络无需人工干预。 ? 智能无线网络扩展性极佳，如需在现场增加测点，信号将自动加入智能无线网络。

? 智能无线技术大大减少现场作业，极大降低了工程施工难度。 ? 无线网络自我组织、自我愈合，后期维护简单且成本低。 ? 无需电缆、接线箱、穿线材料、I/O 卡件、控制机柜和端子。

节省施工安装成本 ? 节省材料成本

没有接线、无需电缆、无需电缆桥架、无需电缆保护管、没有接线盒、无需I/O 卡件、无需机柜

? 节省前期工程设计费用和后期维护费用

几乎无需前期设计、工程、画图、材料采购；几乎没有后期维护 ? 节省人工成本

接线人工费用、安装桥架、保护管、安装端子、I/O 卡件、接线盒、机柜。

安装容易节约时间

? 无需现场调研、无缝连接有线和无线、无线网关无缝集成，无需任何专用软件、节省工时，提前投产，增加效益

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设备清单

所配无线网关1420可以方便应用于工厂蒸汽，水及疏水阀等能源计量无线监 测应用。