超声流量计现场故障诊断与处理方法

    随着天然气事业的蓬勃发展，天然气贸易计量的准确度要求越来越高，代表目前最先进的天然气计量仪表“超声流量计”应用越来越广泛。当前国内最大的西气东输天然气管道工程全线使用超声流量计进行贸易计量，正在建设中的川气东送天然气管道也将全线使用超声流量计。由于气体超声流量计基本上是依赖国外进口，而国内计量人员掌握超生计量技术及现场解决问题的能力非常有限，一旦流量计出现问题只有依靠厂家服务，厂家服务不但服务费用昂贵，而且周期慢长，对保证正常生产极为不利。所以作为超声流量计应用工程师必须具备一定现场诊断和处理超声流量计故障的能力。

    1 超声流量计应用主要难点

    从国内目前应用的超声波流量计总体来讲，存在以下应用难点：

    （1）厂家维修服务工程师数量有限，无法做到及时服务，往往造成流量计故障运行。

    （2）由于集成技术，超声波流量计配件相当昂贵，使用单位一般未建立备件库，备品备件的种类和数量不能满足应急维修的需求。

    （3）技术垄断限制了国内人员对流量计维修能力，国外产品的故障诊断软件无授权无法使用，更换CPU主板仅靠硬件插拔更换不能解决问题，需要厂家人员到现场下载上传正确的组态数据方能让超声波正常使用。

    （4）服务程序繁杂，国外企业都需先购买服务，再派工程师到现场，使用单位由于财务内控等原因，需要厂家先提供服务再进行结算，造成超声波故障诊断不及时，故障原因准确定位困难。

    2　故障诊断前期准备

    我们以国内使用较多的丹尼尔超声流量计为例。流量计分为MarkII和MarkIII两种型号，现在市场上主要应用为MarkIII型号。配套流量计算机分别为S2500、S500、S600三种，其中S2500和S500流量计算机已经停产，现在市场上供应均为S600流量计算机。超声波流量计质量可靠，性能良好，出现故障很低。但是当出现异常情况时，需要使用单位现场工程师尽快作出故障诊断。提前做好硬件和软件两方面的准备，才能有效地及时解决存在的各种故障。

    2.1　硬件准备

    便携式计算机（带RS232接口）、以太网线和RS232数据线、现场所需工具、超声流量计备件等。目前与超声流量计连接主要有以太网和RS232两种连线方式，以太网和RS232数据线均需要单独制作。以太网数据线可以选择普通的网线，一端用于连接现场便携式计算机，另一端剪断留出3、6、1、2四根线端子。

    RS232数据线需要到市场上购买普通串行数据线，然后进行改造，与计算机一端直接连接，另一端剪断，剪断处预留2、3、5三根线，再将1、4、6短接和7、8短接。由于超声流量计损坏部件大部分为CPU板、信号放大板、换能器等设备，所以需要备有这些配件。

    2.2　软件安装

    用于诊断超声流量计的CUI软件，现在用户使用的版本一般为CUI311和CUI412两种版本，这两种版本的连接方式和功能基本一致。CUI软件可以直接点击安装成功，安装后以太网连接方式能连接MarkII和MarkIII流量计，但是较新生产的流量计由于加了授权KEY，在首次使用以太网连接超过50天后将不能读取任何数据，要想连接成功必须向厂家购买“KEY”，所以只有使用RS232连接才能不受约束。但直接安装的CUI软件用RS232连接方式只能连接MarkII型号的流量计，而不能连接MarkIII流量计，连接时会提示缺少驱动，而按照帮助提示文件安装后也不能安装成功，这就需要再增加一个驱动，将CUI软件安装软件内的专用于MarkIII型号的驱动装上方能开始使用。

    2.3　主机与计算机连接

    RS232连接需要将RS232数据线上预留的3、2、5端口依次连接到J7端子排上面的1、2、3口；以太网连接需要将网线上预留的3、6、1、2端子依次连接在J8端子排上1、2、4、5口。连接完毕后可以打开电脑并点击CUI软件进入。进入后点击“File”下的“meterdirectory”进行连接参数设置，首先将“metertype”下的型号选择为markIII，使用以太网就将“Ethernet”打上勾，并点击下面的“Ethernet”将IP地址设置好并确认，同时需要将电脑上面的IP地址设置得与流量计地址设为一个小型局域网内。使用232连接就将“direct”勾上，并点击下面的“direct”将波特率设置对并确认。设置完后点击连接图标，再点击相应选择的连接方式就可以连接成功。RS232连接与以太网连接后唯一不同的是以太网读取数据快于RS232连接。

    3　超声流量计故障现象及解决方法

    超声流量计出现故障后表现出来的现象大多为计量瞬时流量数据明显不正常和没有瞬时流量两种情况。

    （1）从超声流量计CPU主板上指示灯显示情况初步判断。正常情况下指示灯LED5状况为绿色闪烁，如果该指示灯出现不闪烁的情况则表明超声流量计超声换能器数据未上传，这就需要将笔记本电脑通过CUI软件与流量计相连进行诊断。

    （2）连接成功后进入超声流量计实时状态界面，可以通过界面的状态进行故障分析。首先查看界面右面一排是否存在报警，如果是在有一定压力情况下A、B、C、D声道全报警则表示所有超声换能器信号均没有传上来，需要将表头卸下紧固信号放大板的螺丝，还是不行就表示信号放大板或者CPU板损坏，可以换上新的信号放大板再测试，如果还不行，就表明CPU板损坏需要更换。

    如果出现部分声道报警或者相应声道增益系数、信噪比明显不正常，则可能是相应超声换能器损坏或者信号放大板局部通道损坏。可以采取交换连线的方法确认具体故障原因，例如声道A不正常，可以将超声换能器连接线B1和A1互换，B2和A2互换，互换后如果出现声道B不正常则表明信号放大板故障需要更换，如果还是声道A不正常则表示A超声换能器故障，可以将该超声换能器拆下进行清洗后再测试，如果问题依然存在则需要更换超声换能器，更换超声换能器必须为同型号的超声换能器，例如原来型号为T-12E则必须更换为T-12E型换能器而不能使用T-11E型的换能器，并且要成对的更换，不能换单个超声换能器。

    （3）如果更换了信号放大板，可以不进行任何参数修改。如果更换了CPU板或者超声换能器则必须要进行参数重置。更换CPU板前需要将原来CPU板参数下载并写到新CPU板上，具体操作为：换CPU板前连接上超声流量计，进入“tools”目录下的“edit/compare”，点击最下面的“read”，将读取所有的CPU板参数，然后点击“save”进行保存。更换CPU板后再连接进入该页面，点击“writeall”，可以将保存后的原参数写进新CPU板内，写完后将现参数与原先的参数进行对比，可以点击“compare”出现更改情况，可能会出现部分不能写入的情况，解决办法为点击“writechecker”，选择未改掉项进行手动输入改写后并保存。最终要保证更换CPU板后的参数与原来的一致即完成参数设置。如果更换了超声换能器的话需要更改CPU板参数内的超声换能器之间的相应距离以及超声换能器本身固有的发射和延迟时间。参数变更方法为：将原来一对超声换能器的长度相加减去换上的新超声换能器总长度，得出数据加上原来的L（A.B.C.D）值即为更改后的L长度。将此长度与新超声换能器参数表上的两个时间参数同时通过点击“writechecker”进行手动改写并保存即完成。

    4　结束语

    超声流量计在实际使用中会遇到各种各样的问题，正常使用时需要定期对超声换能器进行清洗，定期连接CUI软件进行数据分析，便于及时发现问题。广大使用者在实际应用中要不断加强学习，才能拥有自己的技术力量，满足日常的正常计量，为企业节约大量的成本支出。