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雷达液位计在工业过程控制系统中的应用

作者: 来源: 发布时间:2019-11-16 11:16:41

沙巴体育    〔摘 要〕工业生产自动化需求的不断提高使得网络信息自动化正迅速运用到工业生产的各个领域,以嵌入式系统仪表和设备为基础的现场液位计越来越多地应用在工业过程控制系统中, 如基于 FF、Profibus DP等现场液位计。 使用现场液位计,可大幅减少线缆使用量,将大幅减少系统电缆和安装费用,对项目成本的控制非常有利。 通过工业过程控制系统配套的 AMS 智能管理软件远程在线对液位计仪表进行在线诊断,可轻松了解仪表现场的故障信息、阀门定位器所运行的工况,可大幅减少维护工程师的维护量及维护成本。

沙巴体育    现场液位计是应用在工业和工程现场,在嵌入式测量仪表与控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的网络系统[1]。 其中,雷达液位计(Foundation Fieldbus)又称为基金会现场液位计(简称“FF”),其核心之一是实现现场液位计信号的数字通信。 为了实现通信系统的开放性,其通信模型参考了 ISO/OSI 参考模型,并在此基础上根据 自动化系统 的特点进行 演变后得到。 本文将结合某锌铟冶炼厂技改项目,探讨关于雷达液位计在工业过程控制中的应用。 该项目大量使用液位计型仪表及液位计型马达保护器,其中液位计式阀门、液位计、液位计、压力传感器、各类分析仪等FF液位计仪表 300 多块, 控制器及系统使用 Emerson公司的DeltaV 产品。

    1 雷达液位计结构和系统配套软件
    1.1 液位计结构
    本项目液位计结构如图 1 所示。主控制器安装在 2 宽度(2 块卡件宽度)电源/控制器底板上,模拟量输入模块(AI、RTD、TC)、模拟量输出模块(AO)、数字量输入模块(DI)、数字量输出模块 (DO)、Profibus-DP 模块及 雷达液位计模块安装在与控制器底板连接的 8 宽度(8 块卡件宽度)底 板上,通过该底板完成模块与控制器的数据交换。雷达液位计模块,其输入端连接至 雷达液位计电源模块的上端端子上,雷达液位计仪表通过仪表接线箱连接在液位计电源模块的下端端子上, 通过 雷达液位计电源模块的功率控制,为现场 雷达液位计设备供电。 其中 雷达液位计电源模块为两用一备,即 3 块电源模块中的 2 块电源模块同时为现场液位计仪表供电,另一块电源模块为备用状态。 当其中工作中的两块电源模块中的一块电源模块发生故障无法正常工作时,备用的电源模块自动投入使用,为 雷达液位计仪表提供稳定的电源。

 

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沙巴体育     为方便液位计网段的分配,在现场仪表和 雷达液位计模块间一般设置 1 个接线箱。 接线箱可设置 8 口或者 4 口 FF 网段保护器,分别可连接 8 块和 4 块 FF现场仪表。

    1.2 系统配套软件
    雷达液位计仪表不仅仅可以对温度、压力、液位等过程对象进行测量,而且其本身带有丰富的自诊断信息,例如:DVC6000F 的阀门定位器能对阀门的执行机构进行诊断,测量仪表压缩空气的压力,记录阀门的总体行程和往返行程,监测阀杆的摩擦力以及定位器脱落等信号。 这些信息包含了仪表的健康信息、仪表的状态信息等。 如果使用表头或者手持仪,则查询其信息非常费时费力。

    在 DeltaV Explorer 软件中,可加载 AMS 智能设备管理软件,将液位计仪表扫描并使之与液位计模块握手成功后,通过该软件可实现与 雷达液位计仪表的互动。互动界面清晰明了,在窗口左侧有 3 大菜单栏,分别为 Overview、Configure 及 Service tools:

    1)在Overview窗口可快速地浏览工作状态、仪表量程、当前过程值等数据;

沙巴体育    2)在 Configure 窗口,可配置仪表参数;

    3)在Service tools 窗口,可查看当前仪表的诊断状况。 当当前仪表有任何异常时,其对应表页会以高亮的红色显示;当进入高亮的表页时,其异常的参数也会以高亮的红色来显示。这样就可以很快速地知道故障出在什么地方。

    2 常见问题及其解决经验
    1)科技发展的日新月异使得仪表更新换代非常频繁。 同一款设备的 DD 文件可能会存在多个版本,而软件无法做到及时更新设备的 DD 文件, 此时就需要通过设备 厂商提供 的网站下载 新的版本。 在添 加液位计设备的 DD 文件时,应从“开始菜单-AMSDevice Manage-添加设备类型”下添加。 在选择 DD文件时,若未选择到最后一级文件夹,软件并不提示错误,但所添加的 DD 文件可能不是最新的。 此时以此 DD 文件连接设备, 容易出现连接不上或者下载时错误的情况,导致无法下载。 所以在选择 DD 文件时,必须选择到最后一级文件夹,添加成功后会显示添加成功。

沙巴体育    2)同一 FF 仪表可能有多个过程变量可由 DCS 监 控,其对应的 channel 应设置好所监控的过程变量的通道号。 例如 prowirl 200 的涡街液位计,如果该总线仪表所测介质为液体,所监控的过程变量为质量液位时,channel 需要设置为 11;反之如果所监控的过程变量为体积液位时,channel 需设置为 9,否则接收到的数据将是错误的。

    3)对于阀门定位器,需要将阀门定位器与控制的过程变量仪表设置在同一网段。其在设计布线时,就需要考虑,否则不在同一网段,将无法连接 PID 回 路。 同理,若需更换所需要控制的过程变量,也需要将仪表与阀门定位器移至同一网段。

    3 优缺点小结
沙巴体育     结合本项目 雷达液位计在工程中的实际应用,其特点如下:

沙巴体育    1)优点。 (1)施工工程量大大减少,缩短工程时间。(2)1 块 H1 模块可以支持 2 条网段,每条网段可支持 16 个现场设备,可大大减少电缆使用量。 根据现场估算,能至少减少80%的电缆使用量。(3)缩短调试时间。艾默生 Deltav 系统自带液位计设备的 DD 文 件,能快速识别大部分 雷达液位计仪表。(4)减少维护人员的工作量,从电脑端就 能快速追根 溯源,查找故障源。

沙巴体育    2)缺点。 (1)对工程人员素质要求较高,不能快速上手。 对于某些仪表,可收集过程变量较多,需要根据需求甄别。(2)雷达液位计通讯速率为 31.25 bps,对于当前快速的网络需求和生产所需要的快速响应而言,该速率显得略微不足,即当 维护人员管 理设备时,设备响应的时间比较长。

    4 结语
    该项目投入 1 年多以来,液位计通讯非常稳定,未发生任何的网络断链情况。 通过 雷达液位计诊断功能,及时地发现了很多问题并及时纠正, 其中有一次及时发现 pH 分析仪探头因为检测环境温度过高电解质损耗过快,通过改变检测环境,防止了仪表的进一步损坏,并得以更安全、高效地运行。 雷达液位计诊断功能能大大减少现场点检时间。

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