一、前言 天然气作为国家的重要能源和工业原料，随着我国国民经济的迅速发展，大中小型企业对它的需求迅速增加；同时由于天然气价格的提高，对天然气流量准确计量的要求越来越迫切。目前市场有各种各样的流量计可用于测量天然气的流量。其中差压式（孔板、喷嘴）流量计因其设计规范简单、牢固、一致性好，不需要实流标定等诸多优点被广泛用作贸易结算流量计。 由于天然气流量计量是非常复杂的，所以使用流量计有诸多不足之处。 首先，流量计的读数需专人手工抄表，就大中型轻烃计量站来说，有30余条天然气管线，共计103个测试点，而且测试点分布面积范围广，并且比较分散，这样就耗费了较多的人力物力。 其次，不管采用哪种流量计，往往需要采用补偿措施来提高测量的准确性。用现代技术实施自动补偿是流体计量领域里的重要课题。所谓流量补偿就是对流量计读数的系统误差修正。流量检测装置的系统误差多数是流体性质及条件（如温度、压力、成分及流量范围等）变化引起的。流量计输出信号与被测流量之间的刻度关系只能依据某一特定工艺状况来确定。如果流量计的实际刻度系数已经发生变化，这时仍按原刻度关系读取流量，显然会产生误差。在一些需要精确计量的场合或工况波动范围大而且波动频繁的场合，必须采用补偿措施。流体计量补偿技术就是针对不同流量计，检测不同流体而建立的一种修正方法。由仪表读数准确推算出流体的实际流量，因而流量补偿技术在流体计算中具有重要意义。 由于电动单元仪表的出现，八十年代开始应用电动单元组合仪表的变送器和运算单元建立自动补偿系数，不但实现了自动连续补偿，检测精度也有所提高。它通过变送器同时检测出天然气的静压、差压和温度等参数，并将它们转换为相应的统一的电流信号，按某种运算关系把信号送入计算单元进行运算，输出代表准确流量的信号，经显示仪表显示出流量值和累积流量。单元组合仪表具有通用性强，组成系统比较灵活，自动化程度高，无须人工计算，温度、压力和差压在线检测计算，较符合流量测量理论。其次，目前普遍采用的电容式变送器抗干扰能力强，无机械摩擦磨损，因此系统精度较高。但是在计算方面对标准中各参数的修正问题（如天然气组成成分及其摩尔分量不断变化），从而带来公式引用误差。而且这类补偿装置使用的仪表数量大，补偿装置一次性投资大，而且一套补偿装置只能进行一个流路的流量补偿。这些缺点使它的应用受到限制。 计算机和网络的推广和普及，极大地推动了补偿技术的发展。根据节流式流量测量理论可知：瞬时流量是流体工况（差压、绝对静压、温度）的函数。由于工况参数一般都是变动的，因此累积流量用工况平均参数计算和用瞬时参数计算累加，其结果是不一样的。以瞬时参数计算并累计流量才符合要求。由于现在的计算机具有极强的存储能力和极快速的运算能力，再配套高精度的智能变送器、数据采集卡，就可以完成数据采集处理、数据存储、报表打印和报警等功能，极大的减轻人员的劳动强度。通过计算机联网，就可以实时测控天然气输气管道的数据，实现安全生产，同时使管理层根据现场生产状况进行快速决策。运用计算机计算流量的最大优点是：全部采用实时参变量（差压、绝对静压、温度等），因此就不存在对差压、绝对静压、温度等参数的补偿问题；同时与温度、压力、差压有关的参量（如孔板内径、动力粘度和压缩因子等）也随各相关量变化而变化，从而使补偿装置的成本急剧下降。在实际应用中，当要对天然气流量计算式中某些需经常改变的量（如天然气组成成分及其摩尔分量）进行修改时，可以通过计算机软件来完成。而且还可对含水的天然气进行含水补偿（即扣除水蒸气的体积流量）。因而从理论上讲，运用计算机的实时流量计算系统可构成目前和将来最理想和最完善的节流式流量计量系统。 二、系统概述 完成一个天然气计量系统项目涉及大小工作站十余个，每个工作站配有高精度的压力、差压、温度变送器、数据采集板卡进行天然气流量状态的测量、采集，再通过上位机使用MCGS组态软件，从而完成现场数据采集、数据存储、报表打印和报警等功能，便于现场工作人员对生产的监视及控制。通过计算机联网，将各计量站数据传到调度室HP服务器中，使总调值班人员方便的掌握全系统天然气产量，流向及报警等信息，及时的调整天然气走向。调度HP服务器安装了MCGS组态软件www版本，现场工作站通过远程微波，MODEM，串口通讯等通讯方式把现场数据传送到调度服务器上，组态并在局域网上发布，形成基于WEB的上位机管理系统，管理机通过浏览Internet，可以实时的查看数据曲线，报表，历史存盘数据和实时数据等功能。基于WEB的上位机管理系统能够充分发挥服务器和管理机的功能，充分使用管理机的图形能力来绘制动画，并发挥服务器的数值计算能力，进行统计汇总。可以使得整个系统的应用潜力得到充分发挥。 三、工作站简介


以上三图为各工作站简略图，要想提高计量系统的精度和自动化程度，就必须采用符合流量计量理论的科学方法。瞬时流量是流体工况（温度、差压、静压和组分等）的函数，而工况参数是瞬变的，以瞬时参数计算并累计流量才是符合流量计量理论的科学方法。为实现这个目的，就须采用计算机计量系统。由于计算机计量系统的计量参数采用的是实时采集量，这就避免了繁琐而复杂的温度、压力、差压补偿的问题，从而在数学模型上提高了系统精度，在该系统中，我们在软、硬件方面保证了计量的高精度。硬件方面，计算机为研华Pentium200 CPU的工控机，温度由A级Pt100铂热敏电阻测量，静压和差压分别用日本横河电机公司0.75%精度的压力和差压智能变送器测量，变送器和热敏电阻的电信号由中泰工控公司的16 bit精度的A/D转换采集卡送入计算机。在上位机中我们采用了MCGS工控组态软件，采集现场二次仪表的模拟值转化为数字量，根据现场的温度，压力，差压这三个物理量来计算管道内天然气的瞬时流量。（在这里我们根据天然气流量计量的数学模型，天然气标准体积流量的实用公式和天然气标准体体积流量的行业标准，用Visual Basic 6.0 在Windows 95 / Windows NT4.0平台下，把它编制成带属性窗口页的动态链接库（.dll）文件，以供MCGS运行环境调用。）在上位机中，我们利用MCGS组态软件的强大功能，实现了曲线（历史和实时），报表（日报，月报，年报的定时打印），报警（报警应答，报警查询），数据实时显示等功能，MCGS组态软件还实现了对二次仪表（HART仪表）的通讯，可以根据现场气量的大小，自动调整二次仪表的量程值，使实际的现场气量值始终处于量程的1/2处，使得该天然气测量系统对天然气流量的测量更加精确。 该工作站中MCGS组态软件在天然气计量中采用双机双套采集板同时工作，即每个现场站由两台工控机和两套板卡同时进行数据采集工作，增强系统可靠性。为消除两台计算机计算结果的差异可采用下述方案：现场两台工控机互为备用，以其中一台为主机，另一台为辅机。将两台计算机计算的结果进行比较，正常时主机进行测量，辅机时刻查询主机的状态，并获取主机的数据。当辅机捕捉到主机因故停止采集数据时，辅机便担负起计量任务，当主机恢复正常时，辅机便恢复为原先状态。这样可以保证数据的连续采集。 该系统各工作站可单独运行，每天自动打印报表，对于超量程的情况，不仅能有报警提示，并且计算机自动修改二次仪表量程，避免了对流量的误计量。 四、工作站数据传输 在这里各工作站单独运行计量，为了便于气量的统一管理，需要将各站的生产数据向上传到调度服务器，由于各个工作站的情况有所不同，我们采用了远程微波传送，MODEM传送，串口通讯传送等等多种方式。在MCGS组态软件中，我们利用这三种方式传送实时数据，数据库和网络事件，便于服务器的组态，完成一系列的工作。下面是该网络传输的原理图。各计量站根据各自情况采取了相应的方式数据向服务器传输生产数据，使得调度人员及时了解生产数据。
五、服务器组态及网络发布 当数据由各个工作站传输到服务器上时，我们在服务器上选用了MCGS组态软件WWW版本，利用各计量站点的数据在服务器上组态，实现曲线、报表、实时显示、历时曲线、历时数据浏览等功能，并通过WWW网络发布于局域网。管理机根据各自的权限能进行WWW浏览，即浏览Internet，就可以方便的浏览到各个画面，包括历史曲线、历史报表、历史数据、实时数据、动画显示等，使管理者清楚的了解现场的生产情况。基于WEB的上位机管理系统能够很好的适应远程慢速连接，即使在使用Modem连线的情况下，也能正常的工作。这就使得管理人员可以从家里使用Modem连线实时查看系统状态，基于WEB的上位机管理系统能够充分发挥服务器和管理机的功能，充分使用管理机的图形能力来绘制动画，并发挥服务器的数值计算能力，进行统计汇总，使得整个系统的应用潜力得到充分发挥。原理图如下：