DCS环境下采用数字变频控制器检测和调节流量的方法技术领域
本发明涉及流程工业领域的流体定比投加技术，具体是一种DCS环境下采用数字
变频控制器检测和调节流量的方法。
背景技术
计量泵分为柱塞计量泵和隔膜计量泵。柱塞计量泵结构简单，因柱塞由金属材料
制成，所以无防腐功能。隔膜计量泵结构复杂，但由于隔膜由防腐材料制成，因此有防腐功
能。下面以隔膜计量泵为例，简要介绍传统的工业计量泵结构和工作原理。
如图1所示，三相异步电机1的转轴通过蜗杆2与蜗轮3组成的减速机构减速换向，
蜗轮3带动曲柄4同步旋转，曲柄4通过连杆5带动隔膜6做水平往复运动,一个冲程的容积变
化量ΔV用图1中虚线包围的区域9表示。隔膜6右移，隔膜腔10容积增大，在负压作用下，入
口球阀7打开.，出口球阀11关闭，从而将待加流体从容器吸入隔膜腔；隔膜6左移，隔膜腔容
积减小，在正压作用下，入口阀7关闭，出口阀11打开，从而将隔膜腔内的流体排出。隔膜及
隔膜腔由防腐性专用材料制成，球阀由耐磨性防腐材料制成。
传统计量泵通过安装在外部的机械式手轮来调节曲柄4的长度，以达到调节隔膜
行程，从而调节流量目的。然而，很多石油化工企业和水处理现场，存在强碱、强酸和有毒气
体，不便人工操作。
为了对计量泵的流量进行调节与检测，通常采用通用变频器和流量检测仪表构成
应用方案，如图2所示，该方案需要两对4～20mA信号电缆，对于强碱、强酸等腐蚀性液体，普
通的流量检测仪表不能使用，而防腐型流量检测仪表价格昂贵。
采用工业计量泵专用数字变频控制器可替代人工手轮操作而实现流量的自动调
节并简化机械结构。但现有的数字变频控制器只能单机使用，不能与DCS连接实现系统级的
优化操作。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种DCS环境下采用数
字变频控制器检测和调节流量的方法，包括如下步骤：
(1)将数字变频控制器的工作频率分别设为30，40及50Hz，流量显示稳定
后，计录相应的流量Q30，Q40，Q50；
(2)设DCS当前控制电流为IDCS(k)，则当前时刻DCS显示流量可按下式计算：
(3)累积量按下式计算：
AccQ(K+1)＝AccQ(K)+QDCS(k)·TDCS
TDCS为DCS计算周期或采样周期，单位应换算为小时；
(4)通过当前控制电流检测获得流量，并通过对控制电流的调节来调节流量。
进一步的，DCS工作站按如下方式获得电流信号：DCS模拟输出模块将输出电流值
通过数据总线反馈给监控工作站。
进一步的，DCS工作站按如下方式获得电流信号：将DCS模块的4～20mA输出、DCS模
拟输入和数字变频控制器的模拟输入组成串联回路，再由AD采集模块将电流值反馈给监控
工作站。
基于工业计量泵专用数字变频控制器，本发明提供了一种DCS环境下同时检测和
调节流量技术，需一对4～20mA信号电缆与DCS连接，即可同时完成流量的检测与调节，从而
节省电缆和施工成本，还可省去高成本的流量检测仪表。本发明将目前单机使用的工业计
量泵专用数字变频控制器拓展到DCS(集散控制系统)的系统级应用领域，在现代化工业生
产系统中具有重要的应用价值。
附图说明
图1是工业隔膜计量泵的结构示意图；
图中各附图标记含义：1—三相异步电机，2—蜗杆，3—蜗轮，4—曲柄，5—连杆，
6—隔膜，7—入口阀，8—入口阀球，9—每个冲程隔膜腔容积变化量ΔV，10—隔膜腔，11—
出口阀，12—出口阀球。
图2是传统的计量泵流量调节与控制方法示意图；
图3是电流信号通过Data Bus反馈到DCS工作站的示意图；
图4是数字变频控制器与DCS模拟输入、输出相串联示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
在工业应用现场，检测流量的目的通常是为了控制流量，由于数字变频控制器将
流量的检测与控制合二为一，因此，从DCS的角度来说，可通过4～20mA电流信号调节流量。
从数字变频控制器的角度来说，可跟踪来自DCS的4～20mA电流信号，将流量自动调节到相
应的值。本发明基于这一原理给出一种数字变频控制器在DCS中的应用方法，具体过程如
下：
1.按照工业计量泵数字变频控制器操作手册进行标定。
2.标定好后，将数字变频控制器设定为“定频”模式，具体操作见数字变频控制器
操作手册。
3.将变频器频率分别设为30，40及50Hz，流量显示稳定后，在下表中计录相应的流
量Q30，Q40，Q50。
频率/Hz
30
40
50
流量/L/H
Q30
Q40
Q50
设DCS当前控制电流为IDCS(k)，则当前时刻DCS显示流量可按下式计算
累积量
AccQ(K+1)＝AccQ(K)+QDCS(k)·TDCS，
TDCS为DCS计算周期或采样周期，单位应换算为小时。
4.DCS完成组态后，正常工作前将数字变频控制器设定为“信号”模式，即可跟踪4
～20mA电流信号对流量进行控制，具体过程为：通过当前控制电流获得流量，通过对控制电
流的调节来调节流量。
DCS监控工作站可按下列方式之一获得电流信号：
1.如图3所示，DCS模拟输出模块将输出电流值通过数据总线反馈给监控工作站。
2.如图4所示，将DCS模块的4～20mA输出、DCS模拟输入和数字变频控制器的模拟
输入组成串联回路，再由AD采集模块将电流值反馈给监控工作站。
无论采用哪种方案，由于数字变频控制器将流量的检测与控制功能合二为一，因
此，只须一对模拟线路就可完成流量的控制与检测，与传统的流量计+变频器的方案相比，
可节省一对电缆绳，从而降低施工成本。