CN108801403A - 一种天然气孔板流量计的诊断系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气孔板流量计的诊断系统及方法，包括诊断控制器和通过局域网与诊断控制器通讯的远程控制终端。诊断控制器包括设置在印刷线路板上的中央控制器、核查标准信号发生器、标准信号测量模块和通讯模块。核查标准信号发生器的输入端与中央控制器电连接，输出端与天然气孔板流量计中的信号回路电连接，核查标准信号发生器用于为信号回路提供标准信号源。标准信号测量模块的输入端与天然气孔板流量计中的流量计算机电连接，输出端与中央控制器电连接，标准信号测量模块用于测量从流量计算机中获取的返回信号。通讯模块与中央控制器电连接，用于使中央控制器与流量计算机、天然气孔板流量计中的二次仪表、以及远程控制终端实现通讯。

Description

一种天然气孔板流量计的诊断系统及方法

技术领域

本发明涉及设备性能诊断领域，特别涉及一种天然气孔板流量计的诊断系统及方法。

背景技术

天然气输送过程中，为了了解天然气的输送状态，需要在天然气输送管道上设置计量装置，以对天然气的输送速度、静压、流量等进行测量和记录，从而满足天然气的使用需求。因此，提供一种天然气流量计量装置是十分重要的。

现有技术提供了一种天然气孔板流量计作为天然气流量计量装置，该装置包括天然气孔板节流装置、二次仪表(指现场带感应元件和信号传输功能的变送器等)、信号回路、不间断电源和流量计算机。通过二次仪表对流过孔板节流装置的天然气的静压、温度、差压等数据进行测量，然后通过信号回路传输至流量计算机，通过不间断电源为流量计算机供电，通过流量计算机的计算得到天然气的实时流量值，便于操作人员对天然气的输送状态进行监控。

发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：

天然气孔板流量计运行时，操作人员只能对各个部件是否在运行进行判断，而无法得知各个部件的运行是否正常、测量结果是否准确，导致操作人员不能及时发现天然气输送管线中的异常状况，也无法判断是出现异常的是哪个部件，延长了异常情况的处理周期。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种能够及时判断天然气孔板流量计中各个部件运行状态的诊断系统及方法，具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种天然气孔板流量计的诊断系统，所述诊断系统包括：诊断控制器和通过局域网与所述诊断控制器通讯的远程控制终端。

其中，所述诊断控制器包括：设置在印刷线路板上的中央控制器、核查标准信号发生器、标准信号测量模块和通讯模块。所述核查标准信号发生器的输入端与所述中央控制器电连接，输出端与天然气孔板流量计中的信号回路电连接，用于为所述信号回路提供标准信号源。所述标准信号测量模块的输入端与所述天然气孔板流量计中的流量计算机电连接，输出端与所述中央控制器电连接，用于测量从所述流量计算机中获取、并经过所述信号回路返回的标准信号。所述通讯模块与所述中央控制器电连接，用于使所述中央控制器与所述流量计算机、所述天然气孔板流量计中的二次仪表、不间断电源以及所述远程控制终端实现通讯。

具体地，作为优选，所述核查标准信号发生器包括：标准电阻信号源和标准电压信号源。

具体地，作为优选，所述通讯模块通过HART协议、BROWN协议或FF总线协议实现所述中央控制器与所述二次仪表的通讯，以通过所述通讯模块对所述二次仪表中的数据进行读取或修改。

第二方面，本发明实施例提供了一种诊断系统对天然气孔板流量计进行诊断的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤a、孔板节流装置诊断

通过天然气孔板流量计的流量计算机采集孔板节流装置的结构参数和运行参数，并通过通讯模块传送至中央控制器。

所述中央控制器对所述结构参数和所述运行参数与相应的标准范围进行比对，如果所述结构参数和所述运行参数在所述标准范围内，则所述孔板节流装置运行正常，否则运行状态异常。

步骤b、二次仪表诊断

通过所述中央控制器获取天然气孔板流量计的二次仪表实际的运行范围，并将所述运行范围与相应的标准范围进行比对，如果所述运行范围在所述标准范围内，则所述二次仪表运行正常，否则运行状态异常。

通过所述中央控制器获取所述二次仪表实际的量程值，并将实际的所述量程值与从所述流量计算机中获取的所述二次仪表的量程值进行比较，如果一致则二次仪表运行正常，否则运行状态异常。

通过所述中央控制器获取所述二次仪表实际的零位值，并将所述零位值与0 进行比较，如果误差值小于预定范围，则所述二次仪表运行正常，否则运行状态异常。

步骤c、信号回路诊断

通过核查标准信号发生器向天然气孔板流量计的信号回路提供标准信号源，通过标准信号测量模块测量从所述流量计算机中获取、并经过所述信号回路返回的标准信号。

所述中央控制器对所述标准信号源和所述返回的标准信号进行比对，如果误差值小于预定范围，则所述信号回路运行正常，否则运行状态异常。

步骤d、流量计算机诊断

通过所述流量计算机采集天然气气质组分参数、天然气测量系统中的小信号切除值所占设备设计总量程之比、孔板节流装置补偿系数、天然气的瞬时流量值和累积流量值。

通过所述中央控制器判断天然气气质组分参数是否符合预定标准、是否需要对所述小信号进行切除，并将所述孔板流量计补偿系数、所述瞬时流量值和所述累积流量值与标准参数分别进行比对，如果误差值小于预定范围，则所述流量计算机运行正常，否则运行状态异常。

所述标准参数为：由所述二次仪表测量的实时差压、静压及温度计算得到瞬时流量值和累积流量值，以及根据所述孔板节流装置的节流孔板开孔直径与节流装置测量管段内径之比推算出的孔板流量计补偿系数。

通过所述中央控制器获取所述流量计算机硬件参数和与所述流量计算机电连接的不间断电源的运行参数，并与标准范围进行比对，如果所述硬件参数和所述运行参数在所述标准范围内，则所述流量计算机运行正常，否则运行状态异常。

具体地，作为优选，所述步骤a中，所述结构参数为所述孔板节流装置的测量管段内径、管壁粗糙度、孔板内径、孔板年限中的至少一种。所述运行参数的标准范围为预设周期内通过动态趋势模型计算出的天然气测量数据的范围，所述天然气测量数据为差压、静压、温度和/或流量。

具体地，作为优选，所述动态趋势模型通过如下方法建立：

步骤Ⅰ、采集预设周期内的天然气测量数据，通过递推平均滤波法对所述天然气测量数据进行处理，得到所述天然气测量数据的趋势曲线。

步骤Ⅱ、对多个周期内的多条同类型的所述趋势曲线进行叠加，得到所述天然气测量数据的趋势曲线带。

步骤Ⅲ、分别取所述趋势曲线带的最大值和最小值，形成上轨线和下轨线，所述上轨线与所述下轨线之间的区域为所述动态趋势模型，所述动态趋势模型中的数值范围即为所述运行参数的标准范围。

具体地，作为优选，所述步骤c中，所述标准信号源包括电流信号和电阻信号。

具体地，作为优选，所述步骤d中，所述天然气气质组分参数为天然气中二氧化碳所占的百分比、总硫含量以及高位发热量。

具体地，作为优选，所述步骤d中，所述天然气测量系统中所述小信号切除值的最大值为：所述天然气测量系统中，测量设备设计总量程的0.32％。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的天然气孔板流量计的诊断系统，通过设置诊断控制器和与该诊断控制器通过局域网建立通讯的远程控制终端，利用远程控制终端对诊断控制器的工作状态和模式进行控制，通过诊断控制器对天然气孔板流量计中各部件的工作状态进行诊断，并将诊断结果返回给远程控制终端，以便于操作人员及时通过远程控制终端查找到天然气孔板流量计中存在的问题，并尽快解决问题，使天然气孔板流量计恢复正常工作。通过在诊断控制器中设置中央控制器、核查标准信号发生器、标准信号测量模块和通讯模块，并通过核查标准信号发生器提供标准信号源，通过标准信号测量模块接收经天然气孔板流量计中流量计算机处理后的返回信号，通过中央控制器对标准信号源与返回信号进行比对，从而对天然气孔板流量计中信号传输是否正常进行判断。同时，通过通讯模块实现中央控制器与远程控制终端、流量计算机、不间断电源和二次仪表的通讯，利用中央控制器获取孔板流量计结构、天然气流量的差压、压力、温度等参数、流量计算机的硬件参数和不间断电源的运行参数，并通过中央控制器将上述参数与相应的标准数值进行比对，从而对天然气孔板流量计各部件的运行状态进行判断，便于操作人员尽快查找到运行异常的部件，进而缩短异常情况的处理周期。可见，本发明实施例提供的天然气孔板流量计的诊断系统，能够辅助操作人员及时判断天然气孔板流量计中各个部件的运行状态，使用方便，适于规模化推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的天然气孔板流量计的诊断系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的诊断控制器的示意图；

图3是本发明实施例提供的孔板流量计运行参数诊断过程的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明实施例提供了一种天然气孔板流量计的诊断系统，如附图1所示，该诊断系统包括：诊断控制器和通过局域网与诊断控制器通讯的远程控制终端。

其中，如附图2所示，诊断控制器包括：设置在印刷线路板(Printed CircuitBoard，简称PCB)上的中央控制器、核查标准信号发生器、标准信号测量模块和通讯模块。核查标准信号发生器的输入端与中央控制器电连接，输出端与天然气孔板流量计中的信号回路电连接，核查标准信号发生器用于为信号回路提供标准信号源。标准信号测量模块的输入端与天然气孔板流量计中的流量计算机电连接，输出端与中央控制器电连接，标准信号测量模块用于测量从流量计算机中获取的返回信号。通讯模块与中央控制器电连接，用于使中央控制器与流量计算机、天然气孔板流量计中的二次仪表、不间断电源以及远程控制终端实现通讯。

本发明实施例提供的天然气孔板流量计的诊断系统的工作原理如下：

天然气孔板流量计的诊断系统可以分为孔板节流装置诊断、二次仪表诊断、信号回路诊断、以及流量计算机诊断四个模块，以下分别进行说明。

在孔板节流装置诊断模块中，通过远程控制终端启动中央控制器，通过中央控制器获取天然气孔板流量计中的流量计算机采集到的孔板节流装置的结构参数，然后与GB/T21446-2008国家标准进行比对，如果结构参数在标准范围内，则孔板节流装置运行正常，否则运行状态异常。

在二次仪表诊断模块中，通过远程控制终端启动中央控制器，通过中央控制器获取二次仪表的运行范围，将该运行范围与GB/T21446-2008国家标准进行比对，如果二次仪表的运行范围在标准范围内，则二次仪表运行正常，否则运行状态异常。通过中央控制器获取二次仪表的量程值，并与从流量计算机中获取的量程值进行比较。如果一致则二次仪表运行正常，否则运行状态异常。通过中央控制器获取二次仪表的零位值，如果零位值与0的误差值小于标准值，则二次仪表运行正常，否则运行状态异常。

在信号回路(包括差压回路、温度回路、压力回路)诊断模块中，通过远程控制终端启动中央控制器，通过中央控制器启动核查标准信号发生器，根据 JJG1003-2005检定规程，使核查标准信号发生器向信号回路提供标准信号源，通过标准信号测量模块测量从流量计算机中获取、并经过信号回路返回的标准信号，通过中央控制器对标准信号源和返回的标准信号进行比对。如果误差值小于标准范围，则信号回路运行正常，否则运行状态异常。

在流量计算机诊断模块中，通过远程控制终端启动中央控制器，通过中央控制器获取流量计算机的CPU占用率、内存占用率、磁盘空间、以及与流量计算机连接的不间断电源(Uninterruptible Power System，UPS)的当前市电、剩余电量等数据信息，如果上述数据信息符合GB/T21446-2008的相关规定，则流量计算机和UPS运行正常，否则运行状态异常。

本发明实施例提供的天然气孔板流量计的诊断系统，通过设置诊断控制器和与该诊断控制器通过局域网建立通讯的远程控制终端，利用远程控制终端对诊断控制器的工作状态和模式进行控制，通过诊断控制器对天然气孔板流量计中各部件的工作状态进行诊断，并将诊断结果返回给远程控制终端，以便于操作人员及时通过远程控制终端查找到天然气孔板流量计中存在的问题，并尽快解决问题，使天然气孔板流量计恢复正常工作。通过在诊断控制器中设置中央控制器、核查标准信号发生器、标准信号测量模块和通讯模块，并通过核查标准信号发生器提供标准信号源，通过标准信号测量模块接收经天然气孔板流量计中流量计算机处理后的返回信号，通过中央控制器对标准信号源与返回信号进行比对，从而对天然气孔板流量计中信号传输是否正常进行判断。同时，通过通讯模块实现中央控制器与远程控制终端、流量计算机、不间断电源和二次仪表的通讯，利用中央控制器获取孔板流量计结构、天然气流量的差压、压力、温度参数，流量计算机的硬件参数和不间断电源的运行参数，并通过中央控制器将上述参数与相应的标准数值进行比对，从而对天然气孔板流量计各部件的运行状态进行判断，便于操作人员尽快查找到运行异常的部件，进而缩短异常情况的处理周期。可见，本发明实施例提供的天然气孔板流量计的诊断系统，能够辅助操作人员及时判断天然气孔板流量计中各个部件的运行状态，使用方便，适于规模化推广应用。

具体地，诊断控制器中的中央控制器可以采用EM910芯片作为嵌入式主板，且EM910芯片支持winCE操作系统，并内置与外界连接的通讯端口，用于与核查标准信号发生器、标准信号测量模块和通讯模块等相连接，以通过中央控制器对上述部件的工作状态进行调整，实现不同诊断模块之间的转换。

为了检验天然气孔板流量计中信号回路的传输是否准确，需要在诊断控制器中设置用于核查的标准信号发生器和标准信号测量模块，通过核查标准信号发生器发出某个数值(例如4mA的电流)的信号，再通过标准信号测量模块获取流量计算机中得到的信号，以对信号的传输是否有偏差进行检验，及时发现信号回路中存在的问题。如附图1所示，信号回路中设置有顺次串联的浪涌保护器、隔离器以及A/D转换模块，浪涌保护器与二次仪表电连接，A/D转换模块与流量计算机电连接。浪涌保护器的作用是雷电防护，保护二次仪表不受损坏，隔离器能够避免信号回路中不同电压、电流等信号之间的干扰，而A/D转换模块能够将二次仪表测量到的模拟信号转换成流量计算机能够读取的数字信号。核查标准信号发生器的输入端与中央控制器电连接，输出端连接至隔离器，从而通过隔离器将标准信号传输至流量计算机中。

具体地，核查标准信号发生器包括：标准电阻信号源和标准电压信号源。其中，标准电阻信号源为诊断控制器标准电阻信号的发生源，具体可以采用一组工业低温漂高准确度电阻，并与继电器进行组合形成电阻模块，该电阻模块可以输出若干种不同阻值的电阻。由于标准电阻信号源的输出回路中没有任何半导体器件，因此不会存在非线性干扰。标准电阻信号源选择SBWZ-2460(热电阻温度变送器)，通过该标准电阻信号源可以对温度信号回路的运行状态是否正常进行判断。标准电压信号源可以采用ADI公司生产的AD5421数模转换器。AD5421内置的一路稳压输出，可以提供1.8V至12V的调节输出电压，通过与标准电阻信号源的配合，AD5421还可以发出4-20mA的电流信号。AD5421还内置1.22V和2.5V基准电压源，因而不需要再分别设立调节器和基准电压源，其高速串行接口能够以30MHz速率工作，并且允许通过一个SPI(串行外设接口，Serial Peripheral Interface)兼容型三线式接口与常用的微处理器和微控制器简单相连；AD5421还可以保证16-bit单调性；在通常条件下，AD5421积分非线性为0.0015％，失调误差为0.0012％，增益误差为0.0006％。在天然气孔板流量计的系统诊断工作过程中，根据诊断需要，核查标准信号发生器可以发出标准电阻信号、电压信号或者电流信号，以对天然气孔板流量计中的部件进行不同类型的诊断。

诊断控制器中的标准信号测量模块包括由一个标准电阻和标准电压构成的测量源。通过标准信号测量模块对从流量计算机中获取的返回信号进行测量，并将测量到的返回信号数值传输给中央控制器，便于中央控制器对返回信号与标准信号的误差进行计算。

诊断控制器中的通讯模块用于使中央控制器与流量计算机、天然气孔板流量计中的二次仪表、以及远程控制终端实现中央控制器与二次仪表的通讯。具体地，通讯模块通过HART协议、BROWN协议或FF总线协议实现通讯，以通过通讯模块对二次仪表(例如差压变送器、压力变送器、温度变送器等)中的数据进行读取、修改或调校，即通过通讯模块对二次仪表的参数进行读(获取数据信息)和写(修改)。通讯模块还可以实现中央控制器对流量计算机中数据的读取，并保证中央控制器与远程控制终端之间的通讯，便于操作人员对中央控制器进行远程控制。

远程控制终端可以为计算机，通过计算机向中央控制器发出动作指令，从而通过远程终端控制天然气孔板流量计的诊断系统不同诊断模块之间的切换，便于对天然气孔板流量计中的部件进行不同类型的诊断。

如附图2所示，本发明实施例提供的天然气孔板流量计的诊断系统，其诊断控制器中还包括设置在PCB线路板上，并与中央控制器电连接的电源模块、扩展端口和信号线路继电器。

其中，电源模块为直流和/或交流电源，采用常规电源即可，例如电池。具体输入电压范围可以为9-32V，优选采用同时支持直流、交流输入的电源。为了防止干扰信号通过电源影响设备工作，同时电源内部还可以做常规隔离处理。通过电源模块为中央控制器供电，保证中央控制器的运行。

扩展端口具体可以包括通用的扩展模块和串口转换器，扩展模块可以用于辅助中央控制器与流量计算机以及远程控制终端中间的通讯，该通讯过程采用 TPC/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)协议。串口转换器用于连接FF(Fieldbus Foundation)总线。

由于信号回路中包括温度信号回路、压差信号回路以及压力信号回路等，每一个回路中包括相应的二次仪表和隔离器。为了便于在温度信号回路、压差信号回路以及压力信号回路中进行切换，分别对每个信号回路进行诊断，还可以在PCB线路板上设置与中央控制器电连接的继电器，利用继电器能够切换电路的功能，以实现信号在不同信号回路内的传输。核查标准信号发生器的输出端可以通过多根线缆分别与每个信号回路的隔离器连接，通过继电器使由核查标准信号发生器发出的核查标准信号传输至不同的信号回路，从而控制诊断控制器内信号的选择与切换。

第二方面，本发明实施例提供了一种利用上述诊断系统对天然气孔板流量计进行诊断的方法，该方法包括以下步骤：

步骤101、孔板节流装置诊断

通过天然气孔板流量计中的流量计算机采集孔板节流装置的结构参数和运行参数，并通过通讯模块传送至中央控制器，通过中央控制器对结构参数和运行参数与相应的标准范围进行比对，如果结构参数和运行参数在标准范围内，则孔板节流装置运行正常，否则运行状态异常。

步骤102、二次仪表诊断

通过中央控制器获取天然气孔板流量计的二次仪表实际的运行范围，并将运行范围与相应的标准范围进行比对，如果运行范围在标准范围内，则二次仪表运行正常，否则运行状态异常。

通过中央控制器获取二次仪表实际的量程值，并将实际的量程值与从流量计算机中获取的二次仪表的量程值进行比较，如果一致则二次仪表运行正常，否则运行状态异常。

通过中央控制器获取二次仪表实际的零位值，并将零位值与0进行比较，如果误差值小于预定范围，则二次仪表运行正常，否则运行状态异常。

步骤103、信号回路诊断

通过核查标准信号发生器向天然气孔板流量计的信号回路提供标准信号源，通过标准信号测量模块测量从流量计算机中获取、并经过信号回路返回的标准信号，通过中央控制器对标准信号源和返回的标准信号进行比对，如果误差值小于预定范围，则信号回路运行正常，否则运行状态异常。

步骤104、流量计算机诊断

通过流量计算机采集天然气气质组分参数、天然气测量系统中的小信号切除值所占设备设计总量程之比、孔板节流装置补偿系数、天然气的瞬时流量值和累积流量值验算。

通过中央控制器判断天然气气质组分参数是否符合预定标准、是否需要对小信号进行切除，并将孔板流量计补偿系数、瞬时流量值和累积流量值与标准参数分别进行比对，如果误差值小于预定范围，则流量计算机运行正常，否则运行状态异常。

标准参数为：由二次仪表测量的实时差压、静压及温度计算得到瞬时流量值和累积流量值，以及根据孔板节流装置的节流孔板开孔直径与节流装置测量管段内径之比推算出的孔板流量计补偿系数。

通过中央控制器获取流量计算机硬件参数和与流量计算机电连接的不间断电源的运行参数，并与标准范围进行比对，如果硬件参数和运行参数在标准范围内，则流量计算机运行正常，否则运行状态异常。

其中，标准参数为：由二次仪表测量的实时差压、静压及温度计算得到的孔板节流装置补偿参数、瞬时流量值和累积流量值。

通过中央控制器获取流量计算机硬件参数和与流量计算机电连接的不间断电源的运行参数，并与标准范围进行比对，如果硬件参数和运行参数在标准范围内，则流量计算机运行正常，否则运行状态异常。

在步骤101中，对孔板节流装置的运行状态进行诊断，所需要的诊断参数是孔板节流装置的结构参数和运行参数。孔板节流装置是天然气差压式测量系统中的一次装置，主要由节流孔板、取压装置、前后测量管段及连接法兰等部件组成。其中，结构参数是指孔板节流装置的测量管段内径、管壁粗糙度、孔板内径、孔板年限中的至少一种，将上述结构参数与GB/T21446-2008国家标准进行比较，判断其是否在国家标准的范围内。如果采集到的结构参数在国家标准范围内，说明孔板节流装置的硬件状态正常，不会因为孔板节流装置本身的形状不规范、使用年限过长等而给天然气流量的测量造成影响，从结构方面来说，孔板节流装置运行正常。如果采集到的结构参数不在国家标准范围内，说明孔板节流装置的结构方面存在异常。

而运行参数的标准范围为预设周期内通过动态趋势模型计算出的天然气测量数据，天然气测量数据为静压、温度和/或流量。通过动态趋势模型可以计算出天然气孔板流量计在正常运行状态下，其数据应在的数值范围。当流量计算机中采集到的天然气流量数据值有95％以上位于上述数值范围内时，说明天然气孔板流量计运行正常。如果流量计算机中采集到的天然气流量数据值有5％以上高于或低于上述数值范围，说明此时的天然气流量异常，可能是天然气输送管道存在问题，或孔板流量计本身的计量出现异常，需要及时处理，以保证天然气的安全输送和输送数据的准确记录。

运行参数诊断中提到的动态趋势模型，具体通过如下方法建立：

步骤201、采集预设周期内的天然气测量数据，通过递推平均滤波法对天然气测量数据进行处理，得到天然气测量数据的趋势曲线。

步骤202、对多个周期内的多条同类型的趋势曲线进行叠加，得到天然气测量数据的趋势曲线带。

步骤203、分别取趋势曲线带的最大值和最小值，形成上轨线和下轨线，上轨线与下轨线之间的区域为动态趋势模型，动态趋势模型中的数值即为运行参数的标准范围。

具体地，步骤201中，以预定周期为一天为例，从早8:00-次日早8:00的时间内，对天然气进行定时测量，例如每1min、2min或5min对天然气的差压、静压和/或温度进行一次测量，在一个白天之内得到若干组数据。例如每1min 对天然气的差压进行一次测量，在24h内，可以得到1440组差压数据。根据递推平均滤波法，可以以连续的4、8、12个等数据为一个数据组(当测量数据波动较大时以4个数据为一组，当测量数据波动较小时以12个数据为一组)，求出每个数据组的平均值，然后再以时间为横轴，以数据值为纵轴，根据多个数据组的数值绘制天然气测量数据的趋势曲线。以天然气的差压趋势曲线的获取为例，本发明舍弃测量的前11个数据，从第12数据开始进行计算，并以连续的12个数据构成一组数据，按照公式对测量数据进行处理。其中，ΔP'为递推平均滤波处理后的差压，ΔP_i为第i个采集的差压数据(即第i分钟的差压数据)，n≥12。这样就可以得到天然气的差压趋势曲线。

然后，在步骤202中，对多个周期，例如多个白天获得的多条同类型的天然气测量数据的趋势曲线进行叠加，例如将多天的差压趋势曲线互相叠加，将多天的静压趋势曲线互相叠加等，从而得到差压、静压和/或温度的趋势曲线带。通过趋势曲线带将更多的数据加入动态趋势模型中，使动态趋势模型更加准确，可信度更高。

在步骤203中，用极值法得到上述趋势曲线带的最大值和最小值，多个最大值形成上轨线，多个最小值形成下轨线。上轨线与下轨线之间的区域构成动态趋势模型，动态趋势模型中的数值即为孔板节流装置的运行参数的标准范围。

需要说明的是，天然气的差压、静压、温度可以通过二次仪表直接测量得到，而天然气的流量是根据公式(1)，利用差压、静压、温度计算得到的。

其中，ΔP为差压；ρ为流体工作状态下的密度；C为流出系数；d为节流装置的节流孔板开孔直径；β为节流装置的节流孔板开孔直径与节流装置测量管段内径之比；ε为可膨胀系数。

因此，差压、静压、温度的动态趋势模型可以通过上述方法直接获得，而流量则需要根据差压、静压、温度的趋势曲线再分别计算出流量的趋势曲线，将多条流量的趋势曲线叠加，得到流量的趋势曲线带，再利用极值法获取上轨线和下轨线，最后获得流量的动态趋势模型。通过差压、静压、温度以及流量的动态趋势模型，确定孔板节流装置正常工作时差压、静压、温度和/或流量数据的标准范围，以便于及时对孔板节流装置的运行状态进行诊断。

举例来说，附图3中是某日通过孔板节流装置获得的流量趋势图，待诊断的流量数据值大部分位于流量动态趋势模型的上轨线和下轨线之间，但也有高上轨线和低于下轨线的部分。经计算，得知该日通过孔板节流装置获得的流量中，有87.2％位于动态趋势模型的区间中，说明该日孔板节流装置的运行状态异常，需要及时进行检修。

在步骤102中，对二次仪表的运行状态进行诊断。其中，二次仪表实际的运行范围是指二次仪表运行时获取的数值范围，即通过运行范围判断二次仪表是否在最合适的测量区间进行工作。如果二次仪表测量到的数值过大(例如超过量程的90％)或过小(例如低于量程的1％)，可能造成二次仪表测量的不准确。因此，通过运行范围的诊断，可以了解二次仪表的工作状态，及时发现二次仪表运行中的问题，避免二次仪表量程范围选取不当而造成天然气流量等参数测量的不准确。如果中央控制器获取到的二次仪表实际的运行范围在GB/T21446-2008国家标准范围内，则二次仪表运行正常，否则运行状态异常。

由于天然气孔板流量计正常工作时，二次仪表的量程值和零位值是通过流量计算机来获取的，获取过程中可能出现误差，因此，需要将二次仪表实际的量程值和零位值与从流量计算机中获取的二次仪表的量程值和零位值进行比较，如果误差值小于预定范围，则二次仪表运行正常，否则运行状态异常。

具体地，二次仪表量程值的诊断过程为，先通过中央控制器直接获取二次仪表的实际量程值，然后再通过中央控制器读取流量计算机中获取的二次仪表的量程值，如果两次获取的量程值一致，说明二次仪表的量程值读取正常，能够保证天然气测量数据的准确。

二次仪表零位值的诊断过程为，通过中央控制器直接获取二次仪表的零位值，并将零位值与0进行比较。如果零位值与0之间的误差在标准范围内(对于压力二次仪表A级站，误差的标准范围为≤0.2％，对于压力二次仪表B级站，误差的标准范围为≤0.5％；对于温度二次仪表，误差的标准范围为≤0.5℃)，说明二次仪表的零位值读取正常。如果零位值与0之间的误差超过上述范围，说明二次仪表的零位值读取异常，需要对二次仪表的零位值进行调整，以避免零位值的误差影响天然气数据测量的准确性。

在步骤103中，对天然气孔板流量计的信号回路的运行状态进行诊断。由于信号回路中设置有二次仪表、隔离器、A/D转换模块等，电信号经过多个部件的传输后容易出现失真的问题，因此，需要对信号回路的运行状态进行诊断。诊断过程中，核查标准信号发生器向信号回路提供的标准信号源包括电流信号和电阻信号。根据JJG1003-2005检定规程，通过核查标准信号发生器分别向静压回路、差压回路中发送电流信号，向温度回路中发送电阻信号，然后通过标准信号测量模块测量从流量计算机中获取、并经过信号回路返回的标准信号。通过中央控制器对标准信号源和返回的标准信号进行比对，获得二者的示值误差、相对误差及绝对误差等，如果误差值均小于最大允许误差(对于压力二次仪表A级站，误差的标准范围为≤0.2％，对于压力二次仪表B级站，误差的标准范围为≤0.5％；对于温度二次仪表，误差的标准范围为≤0.5℃)，则信号回路运行正常，否则运行状态异常。其中，差压、静压、温度信号传输状态的诊断可以直接通过相应的回路进行，同样，由于流量是根据公式(1)计算得到的，因此，流量信号传输状态的诊断仍然是通过静压回路、差压回路、温度回路共同配合来完成的。

在步骤104中，对流量计算机的运行状态进行诊断，诊断参数包括气质组分参数、天然气流量中的小信号切除值所占设备设计总量程之比、孔板节流装置补偿系数、天然气的瞬时流量值、累积流量值以及流量计算机硬件和不间断电源的运行参数。

具体地，通过流量计算机可以获取天然气气质组分参数，该参数为天然气中二氧化碳所占的百分比、总硫含量以及高位发热量。根据GB17820二类气标准，当天然气组分中，二氧化碳所占的百分比≤3％时，总硫含量≤200mg/m³，高位发热量≥31.4MJ/m³时，说明此时的输送管线中的天然气符合二类气标准，适合销售给用户使用。

天然气流量中的小信号切除是指流量积算仪为克服干扰、变送器或传感器的零漂影响或为保证流量计系统正常运行而设置的功能。小信号容易出现在天然气用量较少的时间段，这种小信号对于孔板流量计的运行参数标准范围的确定意义不大，而且小信号过多还会影响流量计算机的运算速度和计算结果。因此，需要对小信号进行适当的切除，即在流量低于特定值(不同仪表、不同使用环境该值会有所不同)时，二次仪表直接将该流量值按零值处理，高于此特定值时仪表正常计量。小信号切除的具体过程为：根据天然气二次仪表规定的运行范围，选择需要切除的小信号，小信号的切除量需要符合JJG1003-2005和 GB/T21446-2008的要求，例如小信号切除值不能大于测量设备设计总量程的 0.32％。小信号的切除能够提高流量计算机关于流量计算的准确度，因此，通过关于小信号切除的诊断，能够对流量计算机的运行状态进行判断，以及时发现流量计算机中存在的问题。

当孔板节流装置或二次仪表工作时(如清洗孔板或仪表校验时等)出现异常情况，流量计算机会对孔板节流装置进行清洗补偿和/或气体补偿，通过对清洗补偿系数的诊断，能够及时发现流量计算机中存在的问题，从而保证孔板流量计的准确计量。清洗补偿系数的诊断过程为：以清洗孔板过程为例，以清洗前10分钟和恢复计量后10分钟，通过二次仪表测定的天然气稳定的瞬时流量平均值的线性补偿作为补偿气量，并结合孔板节流装置的节流孔板开孔直径与节流装置测量管段内径之比(公式1中的β值)，计算出标准补偿系数(即标准参数)，而流量计算机也会计算得到一个补偿系数，通过中央控制器对标准补偿系数与从流量计算机中获取的补偿系数进行比对。如果两者误差小于设定值(例如，设定值优选为0.1％)，说明流量计算机流量补偿正常，如果误差大于设定值，说明流量计算机在气量补偿方面存在问题，需要及时处理。

通过二次仪表获取的天然气的实时差压、压力和温度值，依据流量计算方法，计算出单位时间内的瞬时流量值和累计流量值(即根据流量计的工作原理对某一段时间的瞬时流量进行逻辑叠加运算，得到的累积流量值)，与从流量计算机获取的由流量计算机计算得到的瞬时流量值和累计流量值进行比较，判断二者误差是否小于等于设定值(例如，设定值优选为0.1％)。若误差小于等于设定值，说明流量计算机流量计算正常，否则流量计算机流量计算异常。

流量计算机的硬件参数包括CPU占用率、内存占用率和磁盘空间的数据信息等，不间断电源的运行参数包括当前市电、剩余电量等，将上述参数与预定标准(例如GB/T21446-2008附录H.3.1)进行比较。如果上述参数在标准范围内，说明流量计算机运行正常，否则运行状态异常。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种天然气孔板流量计的诊断系统，其特征在于，所述诊断系统包括：诊断控制器和通过局域网与所述诊断控制器通讯的远程控制终端；

所述诊断控制器包括：设置在印刷线路板上的中央控制器、核查标准信号发生器、标准信号测量模块和通讯模块；

所述核查标准信号发生器的输入端与所述中央控制器电连接，输出端与天然气孔板流量计中的信号回路电连接，用于为所述信号回路提供标准信号源；

所述标准信号测量模块的输入端与所述天然气孔板流量计中的流量计算机电连接，输出端与所述中央控制器电连接，用于测量从所述流量计算机中获取、并经过所述信号回路返回的标准信号；

所述通讯模块与所述中央控制器电连接，用于使所述中央控制器与所述流量计算机、所述天然气孔板流量计中的二次仪表、不间断电源以及所述远程控制终端实现通讯。

2.根据权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，所述核查标准信号发生器包括：标准电阻信号源和标准电压信号源。

3.根据权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，所述通讯模块通过HART协议、BROWN协议或FF总线协议实现所述中央控制器与所述二次仪表的通讯，以通过所述通讯模块对所述二次仪表中的数据进行读取或修改。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述的诊断系统对天然气孔板流量计进行诊断的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤a、孔板节流装置诊断

通过天然气孔板流量计的流量计算机采集孔板节流装置的结构参数和运行参数，并通过通讯模块传送至中央控制器；

所述中央控制器对所述结构参数和所述运行参数与相应的标准范围进行比对，如果所述结构参数和所述运行参数在所述标准范围内，则所述孔板节流装置运行正常，否则运行状态异常；

步骤b、二次仪表诊断

通过所述中央控制器获取天然气孔板流量计的二次仪表实际的运行范围，并将所述运行范围与相应的标准范围进行比对，如果所述运行范围在所述标准范围内，则所述二次仪表运行正常，否则运行状态异常；

通过所述中央控制器获取所述二次仪表实际的量程值，并将实际的所述量程值与从所述流量计算机中获取的所述二次仪表的量程值进行比较，如果一致则所述二次仪表运行正常，否则运行状态异常；

通过所述中央控制器获取所述二次仪表实际的零位值，并将所述零位值与0进行比较，如果误差值小于预定范围，则所述二次仪表运行正常，否则运行状态异常；

步骤c、信号回路诊断

通过核查标准信号发生器向天然气孔板流量计的信号回路提供标准信号源，通过标准信号测量模块测量从所述流量计算机中获取、并经过所述信号回路返回的标准信号；

所述中央控制器对所述标准信号源和所述返回的标准信号进行比对，如果误差值小于预定范围，则所述信号回路运行正常，否则运行状态异常；

步骤d、流量计算机诊断

通过所述流量计算机采集天然气气质组分参数、天然气测量系统中的小信号切除值所占设备设计总量程之比、孔板节流装置补偿系数、天然气的瞬时流量值和累积流量值；

通过所述中央控制器判断天然气气质组分参数是否符合预定标准、是否需要对所述小信号进行切除，并将所述孔板流量计补偿系数、所述瞬时流量值和所述累积流量值与标准参数分别进行比对，如果误差值小于预定范围，则所述流量计算机运行正常，否则运行状态异常；

所述标准参数为：由所述二次仪表测量的实时差压、静压及温度计算得到瞬时流量值和累积流量值，以及根据所述孔板节流装置的节流孔板开孔直径与节流装置测量管段内径之比推算出的孔板流量计补偿系数；

通过所述中央控制器获取所述流量计算机硬件参数和与所述流量计算机电连接的不间断电源的运行参数，并与标准范围进行比对，如果所述硬件参数和所述运行参数在所述标准范围内，则所述流量计算机运行正常，否则运行状态异常。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤a中，所述结构参数为所述孔板节流装置的测量管段内径、管壁粗糙度、孔板内径、孔板年限中的至少一种；

所述运行参数的标准范围为预设周期内通过动态趋势模型计算出的天然气测量数据的范围；

所述天然气测量数据为差压、静压、温度和/或流量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述动态趋势模型通过如下方法建立：

步骤Ⅰ、采集预设周期内的天然气测量数据，通过递推平均滤波法对所述天然气测量数据进行处理，得到所述天然气测量数据的趋势曲线；

步骤Ⅱ、对多个周期内的多条同类型的所述趋势曲线进行叠加，得到所述天然气测量数据的趋势曲线带；

步骤Ⅲ、分别取所述趋势曲线带的最大值和最小值，形成上轨线和下轨线，所述上轨线与所述下轨线之间的区域为所述动态趋势模型，所述动态趋势模型中的数值范围即为所述运行参数的标准范围。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤c中，所述标准信号源包括电流信号和电阻信号。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤d中，所述天然气气质组分参数为天然气中二氧化碳所占的百分比、总硫含量以及高位发热量。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤d中，所述天然气测量系统中所述小信号切除值的最大值为：所述天然气测量系统中，测量设备设计总量程的0.32％。