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穩(wěn)定液位控制的冗余式雷達(dá)液位計(jì)數(shù)據(jù)采集方法

閱讀:942        發(fā)布時(shí)間:2019-6-27

在工業(yè)生產(chǎn)中,雷達(dá)液位計(jì)被廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜環(huán)境,常用于直接測(cè)量或控制系統(tǒng)作為反饋值測(cè)量。如果液位計(jì)發(fā)生故障,將導(dǎo)致測(cè)量失準(zhǔn)而導(dǎo)致事故發(fā)生。冗余式液位計(jì)方法的引入可以很大程度上解決此類(lèi)問(wèn)題,該方法的研究對(duì)于穩(wěn)定液位控制以及生產(chǎn)的安全性和連續(xù)性有著重要的意義。

  1引言
  目前,工業(yè)系統(tǒng)常用的液位計(jì)按工作原理主要分為直讀式、靜壓液位計(jì)、浮力式液位計(jì)、電氣式液位計(jì)、聲學(xué)液位計(jì)及雷達(dá)液位計(jì),各種類(lèi)型的液位計(jì)應(yīng)用于不同的行業(yè),特別是在油氣集輸儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中,石油、天然氣與伴生污水要在各種生產(chǎn)設(shè)備和罐器中分離、存儲(chǔ)與處理,物位的測(cè)量與控制,對(duì)于保證正常生產(chǎn)和設(shè)備安全是至關(guān)重要的,否則會(huì)產(chǎn)生重大的事故。在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中,液位計(jì)將液位信號(hào)通過(guò)各種方式轉(zhuǎn)化為直流電壓或電流信號(hào),終被模擬量輸入模塊識(shí)別接收,作為測(cè)量顯示值或反饋量進(jìn)入閉環(huán)控制系統(tǒng)參與自動(dòng)控制,傳統(tǒng)的取值方式為單個(gè)設(shè)備取值,在閉環(huán)控制系統(tǒng)如果計(jì)量設(shè)備發(fā)生故障將導(dǎo)致所控制設(shè)備失控而發(fā)生事故,而通過(guò)二進(jìn)一出模擬量數(shù)據(jù)采集方法運(yùn)用于冗余式液位計(jì)數(shù)據(jù)采集及控制方法的引入解決了這一問(wèn)題。
  2背景介紹
  酒鋼選礦精礦脫水工序采用國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)引入的GPJ-120加壓盤(pán)式過(guò)濾機(jī),自動(dòng)控制系統(tǒng)為羅克韋爾compacteLogix系列產(chǎn)品,儲(chǔ)漿槽液位的穩(wěn)定控制是提高加壓過(guò)濾機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率的重要指標(biāo)。由于工況條件發(fā)生變化(原設(shè)計(jì)介質(zhì)為精煤,現(xiàn)濃度為60%鐵精礦),儲(chǔ)漿槽液位控制經(jīng)常發(fā)生失準(zhǔn)現(xiàn)象,儲(chǔ)漿槽雷達(dá)液位計(jì)是由E+H的FM151型導(dǎo)波式雷達(dá)液位計(jì)來(lái)測(cè)量液位的,利用液位測(cè)量反饋值控制入料泵變頻器頻率,以此達(dá)到儲(chǔ)漿槽內(nèi)液位穩(wěn)定的目的。之所以選用此液位計(jì)是因?yàn)榧訅哼^(guò)濾機(jī)在工作狀態(tài)下是密閉和真空環(huán)境,對(duì)液位計(jì)有著較高的環(huán)境要求。該液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于可以用于真空,還可以用于大100bar的過(guò)壓,對(duì)電導(dǎo)率為100μS/cm或更高的介質(zhì),不需要標(biāo)定。然而,在實(shí)際應(yīng)用中由于液位計(jì)回波失真而導(dǎo)致的液位失控的事故經(jīng)常發(fā)生,給生產(chǎn)的連續(xù)性造成了很大的影響。為了解決上述問(wèn)題,引入了一種用于穩(wěn)定液位控制的冗余式液位計(jì)數(shù)據(jù)采集方法,此方法對(duì)于提高類(lèi)似加壓過(guò)濾機(jī)復(fù)雜環(huán)境下的液位穩(wěn)定性有著重要意義,在其它特殊環(huán)境液位自動(dòng)控制有著重要的指導(dǎo)意義。

 

超聲波液位計(jì)


  3故障的原因及解決的方法

  3.1故障產(chǎn)生的原因
  自投入生產(chǎn)以來(lái),前期儲(chǔ)漿槽液位計(jì)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的主要問(wèn)題為液位計(jì)入液部位(導(dǎo)波桿)掛漿較多影響液位的測(cè)量,需要周期性清理。加壓過(guò)濾機(jī)從開(kāi)始啟機(jī)到運(yùn)轉(zhuǎn)正常過(guò)程中液位落差很大(一般為300~680mm之間),啟機(jī)時(shí)需要手動(dòng)將液位打到360mm以上才能轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行狀態(tài),由于受環(huán)境限制只能選用FM151型的液位計(jì),該雷達(dá)液位計(jì)有效測(cè)量高度為L(zhǎng)=800mm,屏蔽段長(zhǎng)度L3=100mm,安裝不能太高或太低,太低會(huì)導(dǎo)致液位計(jì)表頭淹沒(méi)進(jìn)水或出現(xiàn)回波失真現(xiàn)象,太高會(huì)導(dǎo)致低液位無(wú)法測(cè)量和液位計(jì)無(wú)法安裝的現(xiàn)象存在。另外,液位計(jì)測(cè)量經(jīng)常發(fā)生失準(zhǔn)現(xiàn)象,此種情況和工況條件也有一定關(guān)系,由于加壓過(guò)濾機(jī)內(nèi)相對(duì)濕度大,且運(yùn)行時(shí)艙內(nèi)壓力變化很大,液位計(jì)安裝位置過(guò)低會(huì)導(dǎo)致液位測(cè)量進(jìn)入盲區(qū)范圍的現(xiàn)象存在[4]。單個(gè)液位計(jì)測(cè)量取值,對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的依靠太大,由于該加壓過(guò)濾機(jī)儲(chǔ)漿槽較小,入料泵單位時(shí)間內(nèi)打入的礦漿很多,一旦發(fā)生故障后無(wú)可靠的備用設(shè)備可供參考修正,導(dǎo)致加壓過(guò)濾機(jī)液位控制進(jìn)入失控狀態(tài),對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響很大,這也是導(dǎo)致故障頻發(fā)影響生產(chǎn)的重要因素[5]。

  3.2新方法可行性分析
  通過(guò)對(duì)雷達(dá)液位計(jì)性能參數(shù)分析,F(xiàn)M151型液位計(jì)為輸出兩線制4~20mA信號(hào),測(cè)量值正常情況響應(yīng)時(shí)間為t≤0.3s,SIL操作模式下t≤0.5s,如下圖1所示。另外,通過(guò)對(duì)二進(jìn)一出模擬量采集系統(tǒng)模擬量輸入模塊采樣時(shí)間分析和模擬量輸入模塊數(shù)字濾波功能分析,*可以達(dá)到工況液位調(diào)節(jié)的時(shí)間要求和采樣要求,因此對(duì)采樣和數(shù)據(jù)通訊無(wú)任何影響[6]。況且羅克韋爾系統(tǒng)模擬量輸入模塊有速率報(bào)警功能,當(dāng)兩個(gè)時(shí)間間隔的傳輸速率差值大于設(shè)定值時(shí)會(huì)報(bào)警提示,這樣保證了數(shù)據(jù)的快速傳輸。


  4具體實(shí)施方法
  4.1基本系統(tǒng)構(gòu)成
  在加壓過(guò)濾機(jī)儲(chǔ)漿槽使用時(shí),只需在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造即可。該系統(tǒng)主要包括冗余液位計(jì),二進(jìn)一出模擬量采集系統(tǒng),控制模塊及供電系統(tǒng)。該方法在特殊環(huán)境效果明顯,特別是針對(duì)液位波動(dòng)大,環(huán)境因素相對(duì)苛刻而導(dǎo)致液位計(jì)故障頻發(fā)的區(qū)域,改造前后液位計(jì)安裝對(duì)比如圖2所示。



超聲波液位計(jì)

  4.2基本原理
  用于穩(wěn)定液位控制的冗余式液位計(jì)數(shù)據(jù)采集及控制方法在于,兩個(gè)液位計(jì)安裝于不同的高度,通過(guò)兩進(jìn)一出的模擬量采集方法將液位采集到控制系統(tǒng),將液位標(biāo)定一致,當(dāng)檢測(cè)到任意一個(gè)液位發(fā)生不確定波動(dòng)時(shí),通過(guò)比較算法自動(dòng)切換到另一個(gè)液位計(jì)比較計(jì)算,如果正常的液位突然波動(dòng)則取值自動(dòng)調(diào)節(jié),如果是液位計(jì)故障導(dǎo)致的突然波動(dòng),通過(guò)報(bào)警提醒操作人員手動(dòng)切換到另一雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)入反饋調(diào)節(jié)狀態(tài),在同一系統(tǒng)中相互標(biāo)定,當(dāng)檢測(cè)到液位波動(dòng)時(shí)報(bào)警提示并自動(dòng)脫離故障設(shè)備,這樣既保護(hù)了故障液位計(jì)不被溢出礦漿損壞,又保證了設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性和穩(wěn)定性,節(jié)省了故障處理時(shí)間,正常情況下由A液位計(jì)反饋值控制,當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到A液位計(jì)液位異常波動(dòng)時(shí),通過(guò)控制程序進(jìn)行上位畫(huà)面報(bào)警提示并自動(dòng)切換至B液位計(jì)投入反饋控制液位??赏ㄟ^(guò)兩個(gè)不同的模擬量輸入通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,在下位程序中再進(jìn)行不同方法控制,以期實(shí)現(xiàn)不同工藝要求的控制。

  4.3該方法實(shí)施的優(yōu)勢(shì)
  通過(guò)該方法的實(shí)施,有效解決了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)雷達(dá)液位計(jì)回波失真而導(dǎo)致的礦漿外溢的生產(chǎn)事故,能夠通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)解決液位計(jì)讀數(shù)失準(zhǔn)的問(wèn)題,避免了液位計(jì)故障停機(jī)時(shí)間,有效提高了生產(chǎn)連續(xù)性。其次,該方法可運(yùn)用于復(fù)雜環(huán)境液位計(jì)失準(zhǔn)的環(huán)境,也可以用不同工作原理[7],甚至不同型號(hào)的液位計(jì)進(jìn)行相互冗余標(biāo)定[8]。以此來(lái)消除不同環(huán)境下液位計(jì)選型的難點(diǎn)。

  5結(jié)語(yǔ)
  隨著自動(dòng)化系統(tǒng)的不斷升級(jí),生產(chǎn)設(shè)備連續(xù)性和密集性越來(lái)越高,在關(guān)鍵部位的關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題后往往導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線停滯,從而影響了生產(chǎn)運(yùn)行成本,這也成為制約企業(yè)發(fā)展的重要障礙,本文通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的排查分析,結(jié)合相關(guān)設(shè)備理論研究試驗(yàn),準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)液位穩(wěn)定控制有著重要的借鑒意義。

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