Расходомер с выходом: перспективы? 

Когда говорят ?расходомер с выходом?, многие сразу думают о 4-20 мА или импульсах. Но это лишь вершина айсберга. Глубже — вопросы совместимости, реальной интеграции в АСУ ТП, настройки под конкретный процесс, а не просто ?есть сигнал — и хорошо?. Частая ошибка — считать, что наличие выхода автоматически решает все проблемы измерения. На деле, это только начало диалога между прибором и системой управления.

Что скрывается за ?выходом??

Возьмем, к примеру, наш стандартный металлотрубный поплавковый расходомер. Сам по себе он — надежная механическая штука, визуальный контроль. Но как только заказываешь опцию с аналоговым или частотным выходом, задача меняется. Нужно обеспечить стабильность сигнала при вибрациях, при изменении температуры среды, да и просто при долгой работе. Не раз сталкивался, когда на стенде все идеально, а на реальной линии через месяц начинаются ?пляски? нуля. Причина? Часто — в неучтенном влиянии электромагнитных помех от соседнего оборудования или в некачественном экранировании кабеля.

Или взять электромагнитные расходомеры. Там выход — это, по сути, финальный результат сложных вычислений преобразователя. Казалось бы, современная электроника, все должно быть четко. Но если электроды загрязнились, или в жидкости появились пузыри, сигнал на выходе будет абсолютно корректным… и абсолютно неправильным. Выход есть, данные идут, но они ложные. Поэтому сам по себе факт наличия выхода — не панацея. Это инструмент, эффективность которого на 90% определяется правильностью первичного измерения.

Тут стоит упомянуть и про вихревые расходомеры. С частотным выходом они, в теории, прекрасно ложатся в системы. Но их ?ахиллесова пята? — низкие расходы и вибрации. Если частотный выход начинает формироваться на фоне паразитных колебаний трубы, то в систему управления пойдет полная ерунда. Приходится ставить дополнительные фильтры уже в самом преобразователе, настраивать пороги срабатывания, что не всегда описано в мануалах. Это уже тонкая, почти ювелирная работа.

Интеграция в систему: где собака зарыта

Вот привезли мы на объект расходомер с выходом 4-20 мА. Подключили к PLC. Шкалу в преобразователе выставили, как в паспорте — от 0 до 100 м3/ч. А система почему-то показывает нелинейность. Оказывается, в PLC стоит нелинейная аппроксимация для другого типа датчика, забыли ее сбросить. Или наоборот — нужна нелинейная характеристика, потому что процесс нелинейный (скажем, дозирование реагентов), а выход у прибора линейный. Тогда нужно либо ?колдовать? в контроллере, либо изначально выбирать прибор с возможностью программной линеаризации выходного сигнала прямо в голове.

Работая с разными заводами, видишь разный подход. Где-то требуют стандартный HART-протокол поверх 4-20 мА для дистанционной диагностики и подстройки. Это разумно. Но часто на старых предприятиях стоит простая аналоговая система, и HART им не нужен, зато критична гальваническая развязка выходных цепей, чтобы избежать контуров заземления. Бывало, из-за этой мелочи целый узел учета не работал, пока не поставили изолирующий преобразователь.

С импульсным выходом, казалось бы, проще: подсчитал импульсы — получил объем. Ан нет. Какой тип импульсов? NPN/PNP? Напряжение? Максимальная частота? Однажды был казус с заказом: прибор выдавал 10 000 Гц на максимуме, а вход контроллера ?воспринимал? только до 5 кГц. Сигнал был, но на высоких расходах данные терялись. Пришлось менять либо прибор, либо ставить частотный делитель. Мелочь, которая стоила времени и нервов.

Полевой опыт: неочевидные нюансы

В мокрых средах, с агрессивными парами, даже самая защищенная клеммная колодка выхода может стать проблемой. Конденсат, попадание внутрь — и контакты окисляются. Сигнал ?проседает?. Поэтому для таких условий критически важен не только IP-рейтинг корпуса, но и качество сальников для кабельных вводов, и материал самих клемм. Предпочитаю гермовводы и позолоченные контакты, хоть это и дороже. Дешевле, чем потом неделю искать причину ?плавающего? тока в петле.

Еще один момент — энергопотребление. Особенно для двухпроводных схем 4-20 мА. Если прибор ?кушает? много, а источник питания слабый или линия длинная, напряжение на его клеммах может упасть ниже минимального рабочего. И он просто ?умолкнет?. Расчет падения напряжения по длине кабеля — это must-do, о котором иногда забывают даже проектировщики.

Расскажу про случай на одной ТЭЦ. Стояла задача поставить вихревой расходомер на пар низкого давления. Заказчик хотел аналоговый и частотный выход одновременно, для резервирования. Поставили. Частотный выход работал отлично, а аналоговый давал сильные шумы. Разобрались: частотная часть была оптически развязана от силовой, а аналоговая — нет. Помехи от силового трансформатора, стоявшего в двух метрах, наводились на аналоговую цепь. Вывод: конструктивное исполнение блока формирования выходов внутри прибора имеет огромное значение. Не все производители это учитывают.

Производители и их подходы

На рынке много игроков, от гигантов вроде Endress+Hauser до более доступных брендов. У каждого своя философия по ?выходам?. Одни делают универсальные программируемые модули, где один и тот же физический выход можно настроить и на ток, и на частоту, и на релейное переключение. Это гибко. Другие жестко зашивают тип вывода в модель. Это надежнее и часто дешевле. Выбор зависит от проекта.

В контексте доступных и надежных решений можно отметить компанию ООО Пекин Мяосытэ по приборостроениям. На их сайте https://www.masteryb.ru видно, что они фокусируются на измерениях для автоматизации процессов, и в их ассортименте как раз те самые основные типы расходомеров с выходами: поплавковые, электромагнитные, вихревые. Важен их акцент на автоматизацию — это значит, что вопросы интеграции и качества выходных сигналов для них не на последнем месте. Для многих стандартных применений их приборы могут быть хорошим компромиссом между ценой и функциональностью, особенно если не требуется экзотических протоколов обмена.

Но, опять же, с любым производителем нужно уточнять детали. Какой именно чип используется для формирования аналогового сигнала? Какая нелинейность? Какая скорость обновления выходного значения? Например, для быстрых контуров регулирования задержка в 2-3 секунды на выходе может быть неприемлема. Эти данные не всегда есть в каталогах, их нужно запрашивать в технических примечаниях.

Взгляд в будущее: цифра и беспроводные технологии

Аналоговые выходы 4-20 мА — это, безусловно, классика, которая будет жить еще долго. Но будущее, мне кажется, за полевыми цифровыми шинами. Протоколы типа IO-Link, который становится все популярнее. Он позволяет передавать по тому же стандартному 3-проводному кабелю не только текущее значение, но и массу диагностической информации: температуру прибора, статус ошибок, параметры настройки. Это меняет правила игры. Неисправность можно предсказать до того, как она повлияет на процесс.

Беспроводные выходы (в формате WirelessHART, например) тоже имеют свою нишу, особенно на труднодоступных или взрывоопасных объектах, где прокладка кабеля — это огромные затраты. Но тут свои ?но?: время отклика, вопрос с питанием (батареи) и, конечно, надежность радиоканала в условиях промышленных помех. Пока это скорее решение для задач мониторинга, а не для критичного контура регулирования в реальном времени.

И все же, какую бы технологию выхода мы ни рассматривали, фундамент — это точное и стабильное первичное измерение расхода. Самый совершенный цифровой интерфейс не исправит плохую гидродинамику сенсора или неправильную установку. Поэтому перспективы ?расходомера с выходом? — это не столько перспективы новых интерфейсов, сколько перспективы создания более умных, надежных и адаптивных измерительных преобразователей, которые не просто выдают сигнал, а способны оценивать достоверность своих же данных и сообщать об этом системе. Вот к чему, по-моему, все и движется.