一、用途與特點
智能流量積算儀能對來自流量傳感器、變送器的脈沖信號或模擬信號進行處理，得到瞬時流量值和累積流量值，然后顯示。而且具有流量再發(fā)送功能和通信功能。
二、硬件結(jié)構(gòu)
圖7.1所示為FC3000型智能流量積算儀，它由單片機、操作鍵、顯示器、通信接口和過程通道組成。過程通道包括模擬流量信號輸入通道、脈沖流量信號輸入通道以及流量再發(fā)送信號輸出通道。為了節(jié)省配電器，模擬信號和脈沖信號輸入通道都帶有外供直流穩(wěn)壓電源，每路電源均帶短路保護，以免操作不慎將電源短路時引起儀表損壞。
三、信息流程
圖7.2所示的是FC3000型儀表實現(xiàn)其主要功能的信息傳送關(guān)系流程，其中多處涉及到信號切換和選擇則由軟件實現(xiàn)。這一方法比編碼開關(guān)、選擇開關(guān)等硬件實現(xiàn)方法可靠性更高、成本更低。
四、主要功能
(2)開平方運算功能
該儀表能對流量輸入信號進行開平方運算。開平方是數(shù)字量運算，采用多倍字長的浮點運算，可以認(rèn)為是無誤差運算。
(3)小信號切除功能
模擬信號在轉(zhuǎn)換和處理過程中難免存在零點漂移，雖然流體已無流動，但流量計仍有讀數(shù)，導(dǎo)致緩慢地積算。為杜絕這一現(xiàn)象，流量顯示儀表中一般均有小信號切除功能。
從圖7.2可看出，該儀表的小信號切除可在菜單中選擇:①不切除;②使用儀表制造廠規(guī)定的切除點。其中儀表制造廠規(guī)定的切除點為輸入信號的0.75%，如圖 7.3所示。
由于小信號切除是在模擬流量輸入信號經(jīng)無量綱處理和A/D轉(zhuǎn)換后進行的，因此該項操作也屬數(shù)字量運算，可做到準(zhǔn)確無誤。
(4)斷電保護功能
斷電保護功能是可編程流量顯示儀表的一項必不可少的功能，是在主電源中斷時保護儀表的設(shè)定數(shù)據(jù)和累積值，使之不丟失和不被修改。
斷電保護時間是這種功能的主要指標(biāo)。用電池實現(xiàn)斷電保護的傳統(tǒng)方法，保護時間一般只能達到幾天至幾個月。利用電可擦不揮發(fā)存儲器(EEPROM)技術(shù)實現(xiàn)保護，保護時間可達10年以上。FC3000型采用后一種方法。
(5)定時抄表功能
定時抄表功能是按操作員預(yù)先設(shè)定的抄表時刻自動讀取流量累積值，并存放在儀表內(nèi)的一個單元中。當(dāng)抄表人員按一下抄表鍵后，儀表即顯示抄表符號和該單元中的數(shù)據(jù)。該單元中的累積值一直保持到次日“抄表時間”才被刷新。如果整個網(wǎng)絡(luò)所有流量顯示表設(shè)置同一抄表時間，那么，抄表人員巡回路線和時間的差異就不影響抄錄結(jié)果，因此有利于分表和總表的平衡計算。
(6)實時時鐘
老式可編程儀表的時鐘是以表內(nèi)的晶振為基礎(chǔ)的，不僅誤差較大，而且依賴外部電源，當(dāng)主電源中斷時，時鐘停走，所以需經(jīng)常對時鐘。新型的時鐘是以自帶鋰電池的專用芯片為核心的實時時鐘(realtimeclock)，走時誤差很小，儀表的主電源中斷后，依靠其自帶鋰電池可繼續(xù)走10年。所以減少了麻煩。
圖7.4所列為FC3000型儀表的故障代碼。但若CPU發(fā)生故障，圖7.4所列的診斷無法進行，這時面板上的“CPU故障”燈點亮，通知有關(guān)人員進行處理。
(8)密碼設(shè)置功能
密碼設(shè)置功能是可編程儀表防止未被授權(quán)的人員修改關(guān)鍵數(shù)據(jù)的重要手段。
本章所介紹的幾種流量顯示儀表的初始密碼均為“000000”，如果想對儀表中先前設(shè)置的關(guān)鍵數(shù)據(jù)作修改，須將規(guī)定的條目調(diào)出來，鍵入密碼“000000”并得到CPU認(rèn)可，然后數(shù)據(jù)修改才能實現(xiàn)。
如果想換上自己的密碼，可按下面的步驟:a.先用初始密碼將鎖打開;b.將密碼輸入條目調(diào)出來，輸入自己新的密碼;c.按回車鍵后并按規(guī)定操作退出數(shù)據(jù)修改狀態(tài)，密碼即更換成功。
密碼一經(jīng)更換，操作者即應(yīng)記住自己設(shè)定的密碼，如果經(jīng)過努力還是回憶不起，可以同供應(yīng)商聯(lián)系，提供一個“萬能密碼”，將鎖打開，但是鎖打開之后還是需要設(shè)定一個自己的密碼，否則經(jīng)常使用“萬能密碼”，被泄露次數(shù)一多，儀表就不會再有密碼了。
(9)面板清零有效性選擇功能
早年模擬式流量積算儀面板上都設(shè)置有累積值清零機構(gòu)，操作很方便，但同時也給數(shù)據(jù)安全帶來問題。所以儀表設(shè)計者在用于清零的按鍵上開了一個小孔，可以插入一把小鎖，以保證數(shù)據(jù)安全。
在可編程流量顯示儀表中，為了確保累積流量數(shù)據(jù)安全，設(shè)計有“面板清零有效性”選擇功能，在儀表組態(tài)時如果選擇“面板清零有效”，則按下復(fù)位按鈕，累積值即被清除。如果選擇“面板清零無效”，則需打入密碼并被確認(rèn)后，累積值才會被清除并復(fù)零。
這一功能在儀表校驗時也能給儀表人員帶來方便。因為在對流量累積值進行校驗時，人們習(xí)慣累積值從零開始，這樣，就需要頻繁進行清零操作，于是選擇“面板清零有效”。儀表校驗完畢交付使用前，要回到“面板清零無效”，以確保投入使用后的數(shù)據(jù)安全。
(10)積算速率設(shè)置功能
流量顯示儀表中的積算速率設(shè)置功能是為了獲得合適的積算速率。如果速率太高，則累積流量顯示器很快被積滿復(fù)零，而若速率太低，讀得的累積值分辨力太低，影響數(shù)據(jù)的應(yīng)用，所以都給使用帶來不便。
在可編程流量顯示儀表中，可通過面板按鍵的操作，并與窗口顯示相配合，便捷而準(zhǔn)確地設(shè)置滿量程積算速率。
積算速率一般引入10的n次冪的倍率概念，在同一個區(qū)域內(nèi)測量同一種流體的各臺流量表，往往取相同的倍率。例如，全廠蒸汽流量計取n=-1，則倍率為×0.1t，抄表員在抄得累積流量的讀數(shù)后，乘以0.1t，即為累積流量，這樣，不會因各臺表倍率各異帶來麻煩和差錯。
(11)仿真功能
流量顯示儀表中的仿真功能其實只是仿真(Simulation)方法在流量二次表中的一種應(yīng)用，它是在儀表的單片機按菜單中設(shè)定的流量仿真值發(fā)生一個代表流量的頻率值或經(jīng)無量綱化的模擬信號（0~100%），然后取代流量輸入信號，對流量顯示儀表進行校驗。
仿真功能的用途是故障查找。當(dāng)儀表流量示值異常時，若想判斷原因存在于二次表還是流量輸入信號，這時可將軟開關(guān)從“0”位置切換到“1”位置，于是“流量信號處理”部分與外部輸入的流量信號斷開，而接受“表內(nèi)信號發(fā)生器”送出的信號。這時如果顯示準(zhǔn)確無誤，則表明二次表數(shù)字運算部分正常，如果顯示不正常，則表明二次表有問題。
仿真檢查結(jié)束后，還需將軟開關(guān)切回到“測量”位置。
(12) 遠程通信功能
可編程流量顯示儀表的遠程通信功能可用于同上位機通信，也可用于兩臺可編程儀表之間的通信。通信標(biāo)準(zhǔn)常用RS-232C或RS-485。RS-232C的通信距離只能達到幾十米，但可與計算機直接連接，適用于通信距離較短的場合;而RS-485的通信距離可達2km，通信速率有1200、2400、4800和9600波特率幾擋可選。較低的波特率適用于通信速率要求不高的系統(tǒng)中，這時可以在不增裝中繼器的情況下，通信距離延長到數(shù)千米。
五、國內(nèi)外流量指示積算儀概況
(1)處理流量信號能力的差異
生產(chǎn)流量顯示儀表的廠家國內(nèi)有很多，在中國市場銷售的外國同類產(chǎn)品也有不少品種，有的制造商能供應(yīng)只具備指示積算功能的產(chǎn)品，如橫河公司的STLD-101*E型流量積算儀，F(xiàn)oxboro公司的75RTA型流量積算儀等，有的制造商只有帶溫度、壓力輸入通道的流量顯示儀表，但在不使用其溫度、壓力輸入通道的情況下，也能用于簡單的流量指示積算。有的廠家將處理模擬流量輸入信號和脈沖流量輸入信號的儀表分別制成兩個產(chǎn)品。有的廠家通過8選1模擬開關(guān)使一臺儀表具有處理8路流量輸入信號的能力。
(2)總量顯示位數(shù)的差異
流量顯示儀表的數(shù)碼顯示器件常用的有LED和LCD,其中LCD顯示的位數(shù)一般多達十進制8位以上，而LED顯示一般為6~8位。在顯示總量時，有些用戶希望位數(shù)更長一些，于是有的制造商設(shè)計了分段顯示的方法，即總長12位(或16位)的十進制總量顯示，面板上經(jīng)常顯示的是其低6位(或8位)，按一下特殊定義的讀數(shù)鍵即顯示其高6位(或8位)，同時給出高位段的標(biāo)志，這樣，若干年也不會積滿復(fù)零，從而彌補了位數(shù)欠長的缺陷。
(3)精確度等級的差異
國外產(chǎn)流量顯示儀表的精確度一般都定得較高，而國產(chǎn)流量顯示儀表以 0.5級和0.2級居多，這主要同所選用的A/D轉(zhuǎn)換器的精確度有關(guān)。儀表中用的 A/D轉(zhuǎn)換器一般為雙積分型，轉(zhuǎn)換速度較慢，但穩(wěn)定性好，跳碼小，抗干擾能力強。高精確度A/D轉(zhuǎn)換器的分辨力高，精確度也高，但價格相應(yīng)較貴，而精確度較低的8位A/D轉(zhuǎn)換器，由于價格低，所以在0.5級精確度的產(chǎn)品中也采用。
國產(chǎn)的處理脈沖流量輸入信號的流量顯示儀表，總量測量精確度一般都定得較高，而瞬時流量精確度卻差異較大，精確度有的定為±0.1%R，有的卻定為±0.5%R甚至±1%R。經(jīng)分析主要是因瞬時流量求取方法不相同，前者是采用計算機方法，即在輸入信號頻率較高時由單片機測定輸入信號的平均頻率，而在頻率較低時，由單片機測定脈沖平均周期，然后與流量系數(shù)一起計算瞬時流量。而后者是以RC積分技術(shù)為基礎(chǔ)，即將輸入脈沖整形后送 RC積分電路，得到與頻率成正比的電壓信號，經(jīng)平滑處理后送A/D轉(zhuǎn)換器，得到數(shù)字量，然后顯示。由于轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多和f/V轉(zhuǎn)換方法本身的缺陷，測量精確度難以提高。
(4)通信標(biāo)準(zhǔn)的差異
國產(chǎn)流量顯示儀表通信口一般為RS-232或RS-485現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，但國外早期產(chǎn)品有一些為RS-422等其他標(biāo)準(zhǔn)，近期推出的產(chǎn)品基本上也已統(tǒng)一為RS232或RS-485標(biāo)準(zhǔn)。有的還可提供FF現(xiàn)場總線等接口。
(5)電磁兼容性等指標(biāo)的差異
有些國外制造商在產(chǎn)品的電磁兼容等環(huán)境適應(yīng)性方面也做了很多工作。例如Foxboro公司的75系列流量顯示儀表，其射頻電磁場輻射抗擾度指標(biāo)定為3V/m，27~1000MHz，而其塵密水密性指標(biāo)定為IP65。這兩項試驗國產(chǎn)流量顯示儀表基本上沒有開展。
