[摘 要]在X鋼供水調(diào)度“兩遙”系統(tǒng)中，自動(dòng)化儀表是整個(gè)系統(tǒng)中ZUI關(guān)鍵的部分，直接影響系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的可靠性。文章著重介紹了自動(dòng)化儀表在供水系統(tǒng)各水種、管網(wǎng)上的應(yīng)用及取得的一些經(jīng)驗(yàn)，并簡(jiǎn)要介紹了自動(dòng)化儀表與計(jì)算機(jī)終端的配接。

[關(guān)鍵詞]自動(dòng)化儀表;遙測(cè)遙信監(jiān)測(cè);應(yīng)用分析

1、 問(wèn)題的引入

X鋼供排水系統(tǒng)覆蓋了公司的各個(gè)廠區(qū)，點(diǎn)多、面廣、系統(tǒng)龐大，多水種管網(wǎng)分布復(fù)雜。為了加強(qiáng)供排水調(diào)度的管理，合理使用能源，充分發(fā)揮現(xiàn)有供水設(shè)備的能力，我廠采用了集自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和無(wú)線通訊技術(shù)為一體的供水調(diào)度自動(dòng)化遙測(cè)遙信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)“兩遙”系統(tǒng)。該系統(tǒng)共有各類(lèi)終端25個(gè)，覆蓋了我廠重要的取水泵站、提升泵站及大型的水處理站，為調(diào)度人員對(duì)整個(gè)供水系統(tǒng)的全面監(jiān)測(cè)以及突發(fā)事故的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理提供了先進(jìn)的管理手段和方法。

該調(diào)度系統(tǒng)的組網(wǎng)基本形式是星形結(jié)構(gòu)，通訊是半雙工信道上，以詢問(wèn)——應(yīng)答方式實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主要對(duì)各泵站及管網(wǎng)的壓力、水位、溫度、流量、水泵電壓、電流以及水泵的開(kāi)、停狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。現(xiàn)共有模擬信號(hào)528個(gè)，脈沖信號(hào)51個(gè)，開(kāi)關(guān)信號(hào)319個(gè)，儀表近千臺(tái)。

2、 自動(dòng)化儀表的應(yīng)用

2.1 選型原則

要確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，為生產(chǎn)調(diào)度提供連續(xù)、準(zhǔn)確的工藝參數(shù)，儀表的準(zhǔn)確檢測(cè)與正常工作是關(guān)鍵之所在，因些對(duì)所有儀表的選型均本著這兩個(gè)原則：一是滿足系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求儀表輸入信號(hào)為雙端浮地輸入，因此，所有壓力、水位、溫度、流量等儀表都是采用NP系列儀表，該類(lèi)儀表輸出為直流信號(hào)4-20mA，不與機(jī)械零點(diǎn)重合便于區(qū)別停電、斷線等故障;也可以躲開(kāi)晶體管特性中的非線性區(qū)與死區(qū)，利用晶體管線性區(qū)工作;由于變送器采用二線制，可減少鋪設(shè)的電纜;采用1-5V直流電壓可并聯(lián)傳輸，有公共地點(diǎn)便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。二是要求儀表實(shí)用、可靠，性能價(jià)格比高，便于維護(hù)的原則，在關(guān)鍵部位的參數(shù)則要適當(dāng)選用高質(zhì)量的儀表，以滿足系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的要求。

2.2 主要儀表的特點(diǎn)及原理

(1) 壓力儀表

該系統(tǒng)共有壓力變送器190余臺(tái)，其中少部分為原有的3351型電容式壓力變送器，現(xiàn)在大部分儀表均采用厚膜壓力變送器。該壓力變送器測(cè)量頭有M20×1.5外螺紋壓力輸入接口，可直接在管道上測(cè)量，無(wú)需很長(zhǎng)的導(dǎo)壓管。其傳感元件和電子放大器、溫度補(bǔ)償回路都安裝在表頭不銹鋼外殼中，能直接檢測(cè)出被測(cè)壓力而無(wú)任何可動(dòng)機(jī)械部分。體積小，安裝維護(hù)方便，不會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

(2) 水位儀表

該系統(tǒng)有水位測(cè)量點(diǎn)70個(gè)，全部采用投入式液位變送器，這種變送器測(cè)量端帶不銹鋼隔離膜片，壓力腔充硅油(傳遞壓力)，防水電纜與外殼密封連接，且防水電纜中帶有能氣管，外殼采用有銹鋼焊接結(jié)構(gòu)，外殼直徑為25mm，體積小，安裝、維護(hù)都很方便。現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，由于汲水井水波動(dòng)很大，為防止測(cè)量端在水中或纏繞，都是在汲水井邊固定一根DN50的鋼管，兩側(cè)打若干小孔，以便于上下提動(dòng)和水能暢進(jìn)入，如圖1所示。另外，考慮到工業(yè)不和軋鋼廢水中雜質(zhì)多，井底淤泥厚，實(shí)際安裝時(shí)，一次測(cè)量端離井底有一段高度(圖中h0)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行修正。

(3) 溫度儀表

由于供水溫度都小于50℃，回水溫度也小于100℃，所以溫度測(cè)量?jī)x表均采用銅電阻，這種電阻耐腐蝕，在這個(gè)溫度段測(cè)量準(zhǔn)確，價(jià)格也較低。溫度變送器用NPWD系列。

(4) 流量?jī)x表

本系統(tǒng)中使用的流量?jī)x表主要有3種：

① 差壓流量計(jì)：由節(jié)流孔板和差壓變送器，根據(jù)力矩平衡原理，將差壓送至差壓變送器，根據(jù)力矩平衡原理，將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械位移，經(jīng)低頻位移檢測(cè)放大器進(jìn)行信號(hào)放大、濾波后輸出4-20mA直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。這種儀表因其價(jià)格低、信號(hào)穩(wěn)定，在我廠原水處理泵站廣泛應(yīng)用，但是由于工業(yè)水中雜質(zhì)多，導(dǎo)壓管易堵塞，每年都必須投入大量精力去疏通，日常維護(hù)量也較大，并且大多數(shù)現(xiàn)有的供水管道不可能完全停水安裝孔板，使得這種流量計(jì)的推廣應(yīng)用受到限制。

② 電磁流量計(jì)：它是以法拉弟電磁感應(yīng)定律作為測(cè)量原理。在一均勻磁場(chǎng)內(nèi)，當(dāng)導(dǎo)電液體沿垂直于磁場(chǎng)方向在管道內(nèi)流過(guò)時(shí)，因切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，如圖所示。

由法拉第電磁感應(yīng)定律可知：

E = BDv (1)

由于流量是單位時(shí)間通過(guò)管道截面的流體量，即：

qv=1/4•πD2•v (2)

式中E感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);B磁感應(yīng)強(qiáng)度;D管道內(nèi)徑;v流體平均流速。

由(1)和(2)式得：

只要測(cè)出磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，即可通過(guò)換算測(cè)出流量大小。

這種流量計(jì)中無(wú)可動(dòng)部件和插入流體內(nèi)部的阻力件，沒(méi)有附加的壓力損失，工作壽命長(zhǎng)，儀表維護(hù)量小，但價(jià)格較高。目前我廠新建的大H型鋼、異鋼坯及棒材水處理泵站廣泛應(yīng)用。

③ 超聲波流量計(jì)：這種流量計(jì)是以兩個(gè)換能器發(fā)出的超聲波在順?biāo)湍嫠较騻鞑サ臅r(shí)間差來(lái)測(cè)量流量，如圖所示：

順?biāo)畷r(shí)超聲波傳播時(shí)間 t+ =L/( C + v );

逆水時(shí)超聲波傳播時(shí)間 t- =L/( C - v )，其中C為液體中的聲速，一般C≥1000m/s

這樣得△t= t- - t+ =2Lv/(C2-v2)

因C 》v,則△t可近似地表示為2Lv/C2或

v = 1/4•πD2v = πD2C2△t/(8L)

兩個(gè)換能器緊貼在管外壁，不與流體接觸，對(duì)管路無(wú)任何影響，在我廠幾個(gè)點(diǎn)使用后，效果較好，測(cè)量信號(hào)穩(wěn)定，信號(hào)跟蹤性好，很值得在現(xiàn)有舊管道上推廣。以上這3種流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度均為1.5級(jí)，滿足系統(tǒng)測(cè)量要求。

3、 儀表與計(jì)算機(jī)終端的配接

各泵站及管網(wǎng)的工藝檢測(cè)信號(hào)經(jīng)變送器的采集、變換、放大、整形后輸出直流信號(hào)4-20mA，1-5V，由電纜接入終端機(jī)的端子板上，供計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集終端采集。

這些終端機(jī)接入的信號(hào)應(yīng)是不大于5V的直流電壓信號(hào)或峰值不大于5V的脈沖信號(hào)。但是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，由于變送器分裝在各處，有些距終端100m以上，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的一些強(qiáng)電設(shè)備會(huì)在信號(hào)線上迭加各種干擾，這些干擾會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因些在終端信號(hào)輸入時(shí)采取以下措施：一是變送器與配電器相連，由配電器輸出信號(hào)接入終端，這樣通過(guò)配電器內(nèi)的DC-AC-AC轉(zhuǎn)換單元為現(xiàn)場(chǎng)的二線制變送器提供了一個(gè)隔離電源，同時(shí)又將變關(guān)器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電源隔離的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)變送器、二次儀表及電源之間的雙向隔離，并且可是提高信號(hào)的帶負(fù)載能力，滿足終端要求。二是在計(jì)算機(jī)輸入端設(shè)計(jì)有RC濾波電路，有效清除各類(lèi)干擾。

采集到的信號(hào)經(jīng)多路轉(zhuǎn)換采樣器及A/D轉(zhuǎn)換的變換，通過(guò)I/O接口讀入，處理成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)運(yùn)算，在終端上顯示，并接受中心調(diào)度機(jī)的遙測(cè)，經(jīng)無(wú)線通訊將信號(hào)發(fā)回中心調(diào)度室，這一過(guò)程如圖4所示。

數(shù)據(jù)采集終端處理后的數(shù)據(jù)送回調(diào)度室后，即進(jìn)入中心調(diào)度計(jì)算機(jī)。由中心調(diào)度機(jī)將遙測(cè)到的信號(hào)還原為原來(lái)定義的實(shí)際參數(shù)，計(jì)算公式為：Y = AX + B，A為轉(zhuǎn)換系數(shù)，B為修正值，X為實(shí)測(cè)值，Y為還原參數(shù)值(在中心調(diào)度計(jì)算機(jī)上顯示)。

4、 運(yùn)行效果

“兩遙”系統(tǒng)中的近千臺(tái)儀表在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行中發(fā)揮了重要作用，它提高了我廠的計(jì)控水平，并為我廠的進(jìn)一步技術(shù)改善和逐步完善調(diào)度系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 實(shí)時(shí)了解供水管網(wǎng)壓力，防止因管網(wǎng)壓力過(guò)高而引起的爆管事故，同時(shí)又減少了管網(wǎng)壓力過(guò)低而造成對(duì)用戶所帶來(lái)的不利影響。通過(guò)合理調(diào)配水資源，使生產(chǎn)運(yùn)行方式進(jìn)一步優(yōu)化，節(jié)約能源，據(jù)統(tǒng)計(jì)該系統(tǒng)年可節(jié)電約219萬(wàn)KWh。

(2) 連續(xù)監(jiān)測(cè)各供水設(shè)備的運(yùn)行狀況，保證設(shè)備安全可靠地工作。

(3) 由于各汲水井安裝有水位儀表，可實(shí)現(xiàn)水位自動(dòng)控制、報(bào)警，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水自動(dòng)化。杜絕了以往邊補(bǔ)水邊溢流的狀況，從而節(jié)約的水資源，同時(shí)也避免了對(duì)環(huán)境的污染。

(4) 提高調(diào)度人員應(yīng)付突發(fā)事故的能力。由于各工藝關(guān)鍵點(diǎn)均安裝有各類(lèi)檢測(cè)儀表，一旦發(fā)生事故，調(diào)度人員能及時(shí)判斷事故原因，以便立即組織搶修，避免事故擴(kuò)大化。