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技術(shù)文章
壓力變送器應(yīng)用于控制系統(tǒng)的方法
閱讀次數(shù):1027 發(fā)布時(shí)間:2019/11/21 8:51:46
在工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)達(dá)的今天,壓力變送器在工業(yè)控制系統(tǒng)中扮演著重要的角色,不僅實(shí)現(xiàn)了控制畫面上顯示系統(tǒng)的壓力,而且也參與重要的邏輯計(jì)算和參數(shù)報(bào)警功能。對(duì)于壓力變送器在工業(yè)控制中的設(shè)計(jì)和使用不外乎兩種方式:一種內(nèi)供電模式,即控制系統(tǒng)要給壓力變送器提供24VDC電源,同時(shí)也接受壓力變送器供給它的4~20mADC信號(hào);另一種是外供電模式,即控制系統(tǒng)不需要變送器提供24VDC電源給它,控制系統(tǒng)只接受壓力變送器給它的4~20mADC信號(hào)。第一種內(nèi)供電模式通常設(shè)計(jì)為兩線制方式,是大家最熟悉,使用頻率最高的一種模式。第二種方式我們使用的相對(duì)較少,大部分同志不太熟悉,而且本文提到的壓力變送器的妙用 是基于第二種用法基礎(chǔ)上再加上筆者個(gè)人試驗(yàn)并成功運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)之談,希望給同行朋友們帶 來(lái)裨益,同時(shí)也起到拋磚引玉的功效。
一、工藝介紹
內(nèi)蒙古京科發(fā)電有限公司的控制系統(tǒng)采用全廠一體化DCS控制系統(tǒng)(機(jī)、爐、 電、輔機(jī)及廠外附屬系統(tǒng)),堪稱國(guó)內(nèi)第一家真正意義上主、輔一體化控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)采用和利時(shí)MACSV系統(tǒng)。由于在設(shè)計(jì)初期考慮失誤,忘記將生活水變頻器的控制系統(tǒng)納入輔網(wǎng)DCS控制系統(tǒng),后用一套西門子200系列PLC,配用虹潤(rùn)儀表HR3051壓力變送器,用以實(shí)現(xiàn)生活水變頻器的自動(dòng)控制。而在輔網(wǎng)DCS上實(shí)現(xiàn)了按設(shè)備控制的功能(將生活水變頻器控制系統(tǒng)按照設(shè)備進(jìn)行控制),即DCS只負(fù)責(zé)對(duì)生活水變頻器的啟、?刂,其他功能完全由PLC按照自己的內(nèi)部邏輯進(jìn)行控制。DCS與PLC之間通過(guò)6對(duì)(變頻器啟動(dòng)指令DO,變頻器停止指令DO,變頻器運(yùn)行狀態(tài)DI, 變頻器停止?fàn)顟B(tài)DI,變頻器故障DI,變頻器遠(yuǎn)方/就地狀態(tài)DI)硬接線聯(lián)系起來(lái),完成對(duì)生活用水變頻的控制。
生活水變頻控制采用一拖二方式(一臺(tái)變頻器同時(shí)帶兩臺(tái)生活水泵),通過(guò)泵的出口母管壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)泵的工頻/變頻切換,正常工作時(shí)一臺(tái)泵運(yùn)行以滿足生活用水,保持供水母管壓力維持在0.4MPa左右,當(dāng)用水量增大時(shí),母管壓力降低,運(yùn)行泵的頻率逐漸增加,當(dāng)達(dá)到工頻后仍不能滿足系統(tǒng)要求時(shí),該泵將保持工頻運(yùn)行,同時(shí)另一臺(tái)泵啟動(dòng),且頻率逐漸增大以維持系統(tǒng)壓力,當(dāng)穩(wěn)定后系統(tǒng)將按照一臺(tái)工頻,一臺(tái)變頻運(yùn)行。如果用水量下降,先停掉變頻運(yùn)行的泵,工頻運(yùn)行的泵由工頻轉(zhuǎn)向變頻運(yùn)行,使出口母管壓力穩(wěn)定在0.4MPa左右。通過(guò)上述說(shuō)明可知,母管出口壓力對(duì)整套系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵性的作用。但是,我們的系統(tǒng)是按照無(wú)人值守方式設(shè)置,在控制室的值班員是根本不知道就地設(shè)備的運(yùn)行情況 的。如何用簡(jiǎn)潔的方法讓值班員一目了然得知就地設(shè)備的運(yùn)行情況是我們面臨的問(wèn)題。
二、設(shè)計(jì)系統(tǒng)
經(jīng)過(guò)反復(fù)琢磨、大膽試驗(yàn),終于用最少的設(shè)備、最優(yōu)化的方法實(shí)現(xiàn)了上述面臨的困難。
母管壓力是變頻器控制系統(tǒng)(PLC)的核心,必須保證其主導(dǎo)地位,故將出口母管壓力變送器設(shè)計(jì)在PLC控制系統(tǒng)中,由PLC提供24VDC電源,同時(shí)也接受變送器供給它的4~20mADC信號(hào)(內(nèi)供電兩線制工作模式)。同時(shí)將該壓力變送器的4~20mADC信號(hào)引入DCS系統(tǒng),作為供水系統(tǒng)壓力監(jiān)視點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了在DCS畫面上監(jiān)視功能,做到了一臺(tái)壓力變送器在兩個(gè)系統(tǒng)(PLC系統(tǒng) 、DCS系統(tǒng))中同時(shí)使用的創(chuàng)舉。同時(shí)又用了RS485的最簡(jiǎn)單通訊方式實(shí)現(xiàn)了PLC與DCS系統(tǒng)通訊功能,只監(jiān)視泵的運(yùn)行情況(工頻/變頻運(yùn)行,一臺(tái)泵運(yùn)行或兩臺(tái)泵運(yùn)行),同時(shí)操作員在控制室通過(guò)監(jiān)視供水壓力,得知泵的實(shí)際情況,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。接線原理圖如下:
壓力變送器接線原理圖
三、實(shí)現(xiàn)原理
PLC系統(tǒng)提供24VDC電源,同時(shí)接受變送器供給它的4~20mADC信號(hào)作為控制變頻水泵運(yùn)行的信號(hào),同時(shí)整個(gè)回路的4~20mADC信號(hào)也送往DCS作為壓力源,監(jiān)視泵的實(shí)際運(yùn)行情況。對(duì)DCS系統(tǒng)來(lái)說(shuō),接受4~20mADC信號(hào),相當(dāng)于自身的外供電模式工作。綜合起來(lái)看,上述系統(tǒng)相當(dāng)于PLC作為供電電源,壓力變送器和DCS相當(dāng)于兩個(gè)電阻的串聯(lián),整個(gè)回路電阻相當(dāng)于增大,而回路的電流有所減小。但經(jīng)過(guò)我的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與計(jì)算,變送器的供電電壓完全滿足其要求,整個(gè)回路電流減小后,使經(jīng)過(guò)PLC與DCS的電流減小(但均能滿足PLC與DCS的要求),降低卡件的發(fā)熱量,更有利于卡件的正常工作。
DCS的電流信號(hào)接線端子有四個(gè)端子,如果需要內(nèi)供電方式,則接An和Bn;如果只接受4~20mADC信號(hào),就接Cn和Dn兩端,而我們?cè)诖酥恍鐲n與變送器的24V+相接,Dn與PLC的24V—相接即可(即將DCS的Cn和Dn串接在回路中)。DCS的接線端子原理圖如下:
壓力變送器與DCS的接線端子原理圖
四、總結(jié)
該系統(tǒng)于2008年10月12日投運(yùn)以來(lái),運(yùn)行情況良好。筆者覺(jué)得這種做法值得推廣。用傳統(tǒng)的方法是每個(gè)系統(tǒng)用一臺(tái)壓力變送器單獨(dú)由各自的系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)供電模式實(shí)現(xiàn),而該方法僅用一臺(tái)壓力變送器巧妙地實(shí)現(xiàn)上述功能,而且對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化、節(jié)省投資和減少維護(hù)也是值得提倡。經(jīng)過(guò)測(cè)算,該系統(tǒng)降低造價(jià)近一萬(wàn)元,因?yàn)橐慌_(tái)羅斯蒙特變送器的市場(chǎng)價(jià)為5000元左右,從就地到DCS機(jī)柜的電纜大約需200m,約1000元,加上在管道上開取樣空、焊儀表管座、儀表閥門等的費(fèi)用近3000多元。
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