淺析自動化儀表

1、淺析自動化儀表        隨著科技進(jìn)步,自動化得到了越來越廣泛的應(yīng)用,自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。為了保證生產(chǎn)過程安全、可靠的運(yùn)行,要隨時對生產(chǎn)過程中使用的儀表進(jìn)行維護(hù)和校準(zhǔn)。傳統(tǒng)的將生產(chǎn)過程中使用的儀表拿回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)的方法已不能滿足生產(chǎn)的要求,取而代之的是在現(xiàn)場直接對儀表進(jìn)行校準(zhǔn)。 影響設(shè)備精度的一大重要因素就是工作溫度,因此,系統(tǒng)的冷卻和散熱就顯得尤為的重要,良好的冷卻效果不僅能夠保證機(jī)箱和其中模塊的穩(wěn)定工作,更能提升相應(yīng)板卡和電源的平均故障時間間隔(MTBF)參數(shù)。一些專業(yè)的

2、測量總線標(biāo)準(zhǔn),如PXI總線,在冷卻和散熱方面進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)范,包括對機(jī)箱中散熱氣流方向的定義、以槽為單位進(jìn)行散熱等確保系統(tǒng)在正常的工作溫度下完成測量任務(wù)。 自動化檢測儀表是自控系統(tǒng)中關(guān)鍵的子系統(tǒng)之一。一般的自動化檢測儀表主要由三個部分組成:傳感器,利用各種信號檢測被測模擬量;變送器,將傳感器所測量的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)?20 mA的電流信號,并送到可編程序控制器(PLC)中;顯示器,將測量結(jié)果直觀地顯示出來,提供結(jié)果。這三個部分有機(jī)地結(jié)合在一起,缺少其中的任何一部分,則不能稱為完整的儀表。自動化檢測儀表以其測量精確、顯示清晰、操作簡單等特點(diǎn),在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用,而且自動化檢測儀表內(nèi)部具有與微機(jī)

3、的接口,更是自動化控制系統(tǒng)中重要的部分,被稱為自動化控制系統(tǒng)的眼睛。 校準(zhǔn)的一般步驟是:預(yù)熱儀器(包括被校儀器以及標(biāo)準(zhǔn)源);設(shè)置儀器的狀態(tài),進(jìn)行測量記錄數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)結(jié)果判定并給出結(jié)論;自動形成校準(zhǔn)證書和原始記錄。 自動化校準(zhǔn)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過程首先,標(biāo)準(zhǔn)源和數(shù)字多用表按照要求開機(jī)預(yù)熱,連接硬件設(shè)備(GPIB卡、488電纜等),硬件連接完成后,啟動機(jī),搜尋整個測試系統(tǒng)的物理地址分配情況,根據(jù)搜索到的各個儀器地址,在校準(zhǔn)軟件運(yùn)行時,設(shè)置正確的地址配置。 初始化設(shè)置模塊。雙擊相應(yīng)的自動化校準(zhǔn)程序圖標(biāo),系統(tǒng)啟動,進(jìn)入測試系統(tǒng)主界面,主界面的風(fēng)格以簡捷實(shí)用為主,左側(cè)是各功能按鈕。首先進(jìn)入的是初始化設(shè)置模塊。

4、初始化模塊要設(shè)置被測試設(shè)備的校準(zhǔn)項(xiàng)目,設(shè)置被校儀器和標(biāo)準(zhǔn)源的GPIB地址,選擇是否是首次測試,此功能的目的是為了保存測量的數(shù)據(jù),防止意外發(fā)生使測量數(shù)據(jù)丟失,需要重新進(jìn)行測試。選擇中語言,選擇校準(zhǔn)、檢定,選擇被測試設(shè)備的名稱。初始化設(shè)置就完成了。數(shù)據(jù)采集動態(tài)顯示模塊。該模塊的主要功能包括:初始化儀器、設(shè)置儀器的狀態(tài)、測量數(shù)值、數(shù)據(jù)位數(shù)控制、動態(tài)顯示數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)果判定、數(shù)據(jù)保存等。自動化數(shù)據(jù)采集過程是完全模擬人工測量過程進(jìn)行測量的。儀器的初始化配置以及量程、顯示位數(shù)、精度、采樣數(shù)率、采樣時間、測量值、功能選擇等模塊從NI網(wǎng)站上下載,程序員也可以根據(jù)儀器編程說明書提供的SCPI語言命令編寫相應(yīng)的模塊

5、。本模塊中的數(shù)據(jù)顯示位數(shù)、數(shù)據(jù)量程、上下限等都是根據(jù)測試計量對儀器的要求而自動生成的,數(shù)據(jù)結(jié)果判定也是自動完成的。程序把那些不合格的數(shù)據(jù)用紅色的字體顯示,使計量員在測量結(jié)束后容易發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)不合格。數(shù)據(jù)采集動態(tài)顯示模塊的前面板。證書和原始記錄生成模塊。自動生成證書和原始記錄,給計量員的工作帶來極大的便利,而且消除了人為操作易產(chǎn)生的出錯,解放了勞動力。計量員只需在證書生成模塊的前面板輸入相關(guān)的儀器信息和校準(zhǔn)信息,校準(zhǔn)項(xiàng)目,選擇相應(yīng)的證書摸板,程序即可自動生成相應(yīng)的校準(zhǔn)證書和原始記錄。證書模塊的前面板。 1 自動化檢測儀表在污水處理中的應(yīng)用 隨著技術(shù)的,自動化檢測技術(shù)也得到了很大的發(fā)展,自動化檢測

6、儀表在污水處理中也得到廣泛的應(yīng)用,使污水處理廠不僅節(jié)約了大量的人力、物力,更重要的是可以及時對工藝進(jìn)行調(diào)整。 南寧市瑯東污水處理廠工程1993年底立項(xiàng),1997年11月27日正式開工建設(shè);1999年9月28 日通水試運(yùn)行,2000年2月滿負(fù)荷正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 南寧市瑯東污水處理廠,一期工程設(shè)計一級污水處理能力24 萬m3/d,二級污水處理能力10萬m3/d。設(shè)計服務(wù)范圍30.5km2,規(guī)劃服務(wù)人口34.3萬人。經(jīng)過瑯東污水處理廠凈化后的清潔水,一部分直接排入竹排沖,一部分用于南湖回灌水,以改善南湖的水污染問題。 南寧市瑯東污水處理廠全套引進(jìn)國外最先進(jìn)的水處理工藝設(shè)備,采用二級生物處理工藝的傳統(tǒng)活性污

7、泥法,并針對南寧市污水水質(zhì)污染物濃度低的特點(diǎn),在其核心部分-曝氣的工藝中采用OOC工藝。該工藝具有能耗低、運(yùn)行費(fèi)用少、出水水質(zhì)好、管理簡便、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 從廠外污水干管收集到瑯東污水處理廠的污水,首先進(jìn)行預(yù)處理。在進(jìn)水泵房經(jīng)過粗格柵,去除污水中較大的垃圾、漂浮物;通過5臺大型污水泵將污水提升到細(xì)格柵,將較小的漂浮物去除;在曝氣沉砂池去除污水中的砂粒和油類;然后進(jìn)入計量槽,計量污水處理量。預(yù)處理后的污水在初沉池進(jìn)行一級處理,去除約30%的有機(jī)物;初沉池出水進(jìn)入二級處理,先在生物處理工藝的核心部分-曝氣池,進(jìn)行生物降解有機(jī)物;曝氣池的混合液輸送到二沉池進(jìn)行沉淀,泥水分離。上層澄清液作為凈化后的

8、清潔排放水;沉淀下來的污泥一部分回流曝氣池后再生利用,一部分作為剩余污泥回流到初沉池。初沉池的污泥用泵輸送到污泥濃縮池,通過污泥處理系統(tǒng)進(jìn)一步濃縮,把泥漿態(tài)的污泥脫水、壓濾,形成干污泥餅。 1.1 超聲波液位計、液位差計、流量計 1.1.1 格柵運(yùn)行控制。粗格柵、細(xì)格柵各安裝了1臺超聲波液位差計,通過格柵前后的液位差來反映格柵阻塞程度,并傳輸?shù)絇LC控制器,進(jìn)行分析計算。當(dāng)液位差超過預(yù)設(shè)的數(shù)值,控制格柵運(yùn)行,清除垃圾,保障正常過水,且合理的減少了設(shè)備磨損。 1.1.2 提升泵運(yùn)行控制。為實(shí)現(xiàn)進(jìn)水提升泵的自動控制,在進(jìn)水泵井處安裝了2臺超聲波液位計,用以測量泵井的水位,實(shí)時傳輸?shù)絇LC控制器及上

9、位機(jī),進(jìn)行系統(tǒng)分析。根據(jù)測量值對應(yīng)控制程序,自動控制提升泵的運(yùn)行組合。這樣可以根據(jù)廠外來水量準(zhǔn)確及時地調(diào)整泵運(yùn)行狀態(tài),減少設(shè)備疲勞;同時可以取消傳統(tǒng)泵站三班倒的人力資源耗費(fèi)。 1.1.3 流量及處理量實(shí)時監(jiān)測。對于污水處理廠的運(yùn)行管理,水量是一個重要的控制參數(shù)。準(zhǔn)確及時地掌握進(jìn)水量,對工藝控制及提高污水廠抵抗水力負(fù)荷沖擊能力有重要作用。傳統(tǒng)的水量測量采用堰板或文丘里流量槽等,都存在著不能實(shí)時監(jiān)測、實(shí)時顯示的缺點(diǎn)。瑯東污水處理廠計量槽采用超聲波流量計結(jié)合文丘里槽,能在現(xiàn)場和上位機(jī)實(shí)時顯示流量及累計處理量,達(dá)到了準(zhǔn)確計量處理水量,以及為運(yùn)行管理提供實(shí)時流量的目的。 1.2 溶解氧計、氧化還原電位計

10、、污泥濃度計 1.2.1 曝氣池溶解氧控制。南寧市瑯東污水處理廠采用的是傳統(tǒng)活性污泥法的OOC改良工藝在4 個圓型曝氣池內(nèi)圈好氧區(qū),分別安裝了測量范圍是0.0510 mg/L的溶解氧計,實(shí)時監(jiān)控溶解氧濃度,傳輸?shù)絇LC及上位機(jī)。當(dāng)實(shí)測濃度小于設(shè)定濃度時,自動控制系統(tǒng)啟動鼓風(fēng)機(jī),給曝氣池充氧;相反地,當(dāng)氧氣充足時,就會停止運(yùn)行鼓風(fēng)機(jī)。通過溶解氧計控制鼓風(fēng)機(jī)可以精確地根據(jù)好氧菌群對溶解氧的需求控制鼓風(fēng)機(jī)的啟動和停止,在保證了菌群良好生化能力的同時節(jié)約了能耗,保護(hù)了設(shè)備,增強(qiáng)了好氧菌群的分解能力。 1.2.2 曝氣池好氧段與缺氧段的控制。在每個曝氣池的外圈的好氧區(qū)與缺氧區(qū)的臨界面都安裝了測量范圍是-

11、500500mV的氧化還原電位計,通過測量的氧化還原電位可以控制鼓風(fēng)機(jī)的高速運(yùn)行,給外圈供氧,形成強(qiáng)好氧曝氣階段和缺氧階段的交替,進(jìn)而提高處理工藝中除磷脫氮的能力。如果沒有安裝氧化還原電位計。那么鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行只能通過時間控制,這樣一來就會明顯降低除磷脫氮的效果。 1         1.2.3 曝氣池污泥濃度控制。曝氣池的污泥濃度是一個重要工藝參數(shù)。在傳統(tǒng)的污水處理廠,污泥濃度依靠實(shí)驗(yàn)室使用舊的試驗(yàn)方法進(jìn)行監(jiān)測,在數(shù)據(jù)提供的及時性和精確性上,存在很大的缺陷。難以及時進(jìn)行回流污泥和剩余污泥量的工藝調(diào)整,就造成時間上和

12、準(zhǔn)確度上的誤差。南寧市瑯東污水處理廠在每個曝氣池上都安裝了一個測量范圍是為0.510g/L 在線污泥濃度測量計,很好地解決了這個問題。安裝污泥濃度計可以隨時根據(jù)精確測量的污泥濃度,適時地調(diào)整曝氣池的工藝,同時減輕了實(shí)驗(yàn)室工作人員的勞動強(qiáng)度。 1.3 電磁流量計、氣體流量計: 在回流污泥管道和剩余污泥管道中南寧市瑯東污水處理廠安裝了5臺測量范圍是01 200m3/h的電磁流量計測量回流污泥和剩余污泥的流量。安裝流量計后,值班人員可以根據(jù)顯示的流量是否正確,從而判斷回流污泥泵和剩余污泥泵工作是否正常,解決了潛水泵無法簡單判斷工作是否正常的難題,而且電磁流量計還具有安裝方便,維護(hù)簡單的特點(diǎn)。 鼓風(fēng)機(jī)

13、與曝氣池間的空氣管道上直接安裝的4臺測量范圍04000m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀況)的氣體流量計。氣體流量計的安裝可以使值班人員隨時了解鼓風(fēng)機(jī)向曝氣池提供氣體的量。 1.4 經(jīng)驗(yàn) 1.4.1 保持自動化檢測儀表傳感器的清潔。定期專人清洗探頭,保證數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性。因?yàn)閮x表在污水環(huán)境中工作,所以儀表的清潔工作就顯得尤為重要,特別是直接與污水接觸的溶解氧計、氧化還原電位計及污泥濃度測量計等分析儀表,為了保證儀表的正常工作,我們定期由專人清洗,每7天就全面清洗1次儀表,清洗時要求使用柔軟的材料,以免損壞儀表。 1.4.2 定期校正各種儀表。儀表在長期運(yùn)行過程中難免會產(chǎn)生測量誤差,這就需要定期校正,以保證儀表測量

14、的準(zhǔn)確性,對分析儀表我們制訂了每兩月定期校正1次;而且要求實(shí)驗(yàn)室工作人員利用分析方法分析對應(yīng)的檢測項(xiàng)目,并與現(xiàn)場儀表監(jiān)測結(jié)果比較,如果偏差太大,那么應(yīng)適時對儀表進(jìn)行校正,確保準(zhǔn)確。 1.4.3 保證儀表供電電壓的穩(wěn)定性,延長儀表的使用壽命。瞬間的高電壓沖擊往往使儀表很容易燒壞。南寧市瑯東污水處理廠運(yùn)行過程中,就發(fā)生了多次因供電電壓不穩(wěn)定,而使超聲波液位差計和超聲波液位計的變送 器損壞,從而影響了自控系統(tǒng)的正常工作的情況。南寧市瑯東污水處理廠正進(jìn)行技術(shù)改造避免供電電壓不穩(wěn)定對儀表造成的損壞,降低運(yùn)行成本,提高效益。 2 自動化檢測儀表在壓力表校準(zhǔn)方面的應(yīng)用 特大型冶金制造各工序都是連續(xù)性銜接作業(yè)

15、,往往造成許多現(xiàn)場壓力儀表雖到檢定周期,卻由于不能停產(chǎn)也就不能從作業(yè)。壓力儀表的工作原理是彈簧管在壓力或真空作用下產(chǎn)生彈性變形引起管端位移,其位移通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行放大后再傳遞給指示裝置,可在刻有法定計量單位的分度盤上讀出指針?biāo)甘镜谋粶y壓力值或真空量值。 2.1 在線校準(zhǔn)預(yù)期 (1)目的:實(shí)施在線校準(zhǔn)適應(yīng)生產(chǎn)流程計量需求,降低外送檢費(fèi)用。 (2)校準(zhǔn)儀表范圍:本企業(yè)現(xiàn)場在用壓力儀表。 (3)校準(zhǔn)范圍:0100MPa (4)校準(zhǔn)對比準(zhǔn)確度:1.5%1.6% (5)預(yù)期目標(biāo):實(shí)現(xiàn)在線壓力儀表的受控、有效。 (6)校準(zhǔn)方案種類:a. 理想型校準(zhǔn)比對;b. 實(shí)用型校準(zhǔn)比對。 2.2 材料準(zhǔn)備 (1

16、)專用管道打孔器 (2)符合現(xiàn)場壓力儀表準(zhǔn)確度及量程的數(shù)塊相應(yīng)受控有效標(biāo)準(zhǔn)表。 (3)校準(zhǔn)比對記錄。 2.3 在線校準(zhǔn)比對方案 A. 實(shí)用型對壓力儀表的校準(zhǔn)比對 (1)在同一管道上:在距擬被校準(zhǔn)的現(xiàn)場壓力儀表的適當(dāng)范圍內(nèi),用專用管道打孔器引出導(dǎo)壓管路,在導(dǎo)壓管路中間安置一截止閥(截止閥處于關(guān)閉狀態(tài)),截止閥后的接口處安裝壓力變送器與擬被校準(zhǔn)儀表同規(guī)格的受控有效標(biāo)準(zhǔn)壓力表。 (2)緩慢開啟截止閥至全開,待管道內(nèi)流體介質(zhì)充分進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)表內(nèi)數(shù)分鐘后,分別讀取兩塊表的指示值。 (3)填寫校準(zhǔn)比對記錄。 B. 理想型對壓力儀表的校準(zhǔn)比對 自制一臺流動簡易“壓力校驗(yàn)臺”。 (1)在流體介質(zhì)管道上,關(guān)閉在用(

17、即擬被校準(zhǔn))的現(xiàn)場壓力儀表的“截止閥1”(該截止閥處于關(guān)閉狀態(tài))。 (2)在截止閥后適當(dāng)延長導(dǎo)壓管路。 (3)在延長導(dǎo)壓管路上安裝一只三通。 (4)三通的直管口的接口處安裝在用的指示為零的壓力儀表。 (5)三通的丁字管口的接口處新安裝“截止閥2”(該截止閥也處于關(guān)閉狀態(tài))。 (6)在“截止閥2”后接壓力“專用校驗(yàn)管”至簡易流動“壓力校驗(yàn)臺”上預(yù)置的“專用校驗(yàn)管接口”。 (7)“壓力校驗(yàn)臺”上還預(yù)置有受控、有效的相應(yīng)型號規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)壓力表。 (8)檢查無遺漏后,逐一緩慢開啟截止閥1、截止閥2至全開;數(shù)分鐘后,分別讀取兩塊表的指示值。 (9)填寫校準(zhǔn)比對記錄。 2.4 經(jīng)驗(yàn): 認(rèn)真做好巡回檢查工作儀

18、表工一般都有自己所轄儀表的巡檢范圍,根據(jù)所轄儀表分布情況,選定最佳巡檢路線,每天至少巡檢兩次。巡回檢查時,要關(guān)閉氣源,并松開過濾器減壓閥接頭。拆卸環(huán)室孔板時,注意孔板方向,一是檢查以前是否有裝反,二是為了再安裝時正確。由于直管段的要求,工藝管道支架可能少,要防止工藝管道一端下沉,給安裝孔板環(huán)室?guī)砝щy。拆卸的儀表其位號要放在明顯處,安裝時對號入座,防止同類儀表由于量程不同安裝混淆,造成儀表故障;帶有聯(lián)鎖的儀表,切換置手動然后再拆卸;儀表一次開車成功或開車順利,說明儀表檢修質(zhì)量高,開車準(zhǔn)備工作做得好。反之,儀表工就會在工藝開車過程中手忙腳亂,有的難以應(yīng)付,甚至直接影響工藝生產(chǎn)。 3 建議 3.1

19、 趨勢 (1) 結(jié)構(gòu)日趨簡潔,從當(dāng)前發(fā)展最快的3種流量儀表(電磁、超聲、科氏)來看,機(jī)械結(jié)構(gòu)都十分簡潔,管道內(nèi)既無轉(zhuǎn)動件,又無節(jié)流件。 (2)功能力求完善,隨著微、機(jī)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展,流量儀表的功能日益完善、多樣,不少機(jī)械部分難以解決的問題,依靠電子軟件則迎刃而解,如Krohne的智能電磁流量計,不少超聲流量計不僅可測流量,還可測流體密度、組分、熱能等等。 (3)安裝日益簡便,自動化程度越高,用戶越歡迎采用安裝維護(hù)簡便的產(chǎn)品,這也是插入式,外夾式儀表日益暢銷的原因。 3.2 國產(chǎn)化刻不容緩: 據(jù)了解,我國近年來進(jìn)口儀器儀表約130億美元,出口約30億美元(多為低附加值的電工儀表、家用水表、氣表),國內(nèi)大型工程選用國外儀表占2/3,而其價格為國產(chǎn)510倍,我國大型流量儀表企業(yè)主要依靠國外技術(shù),缺乏擁有自主知識產(chǎn)權(quán)意識,創(chuàng)新乏力;自動化儀表國產(chǎn)化刻不容緩! 3.3 品種多,選用要實(shí)事求是: 流量儀表品種、類型較多,正確選用并非易事,建議: (1)不要輕信廠商宣傳,廠商為利所圖,往往對儀表的技術(shù)指標(biāo)夸大其詞,選用時要理性分析這些參數(shù)的依據(jù),有無檢驗(yàn)證明。 (2)按需選取,勿追求高指標(biāo),如不是用于商務(wù)計量,貿(mào)易核算,準(zhǔn)確度要求可以降低,如工控系統(tǒng)的某