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有效提高重點(diǎn)裝置液位變送器測量可靠性安全分析
發(fā)表時(shí)間：2018-07-30 ??點(diǎn)擊次數(shù)：712? 技術(shù)支持：1560-1403-222
1引言
液位測量是石油、化工生產(chǎn)過程系統(tǒng)中一項(xiàng)重要的工作，液位控制無論是對于生產(chǎn)成果的計(jì)算，還是生產(chǎn)過程的控制都極為重要，甚至有時(shí)會涉及到重大的安全風(fēng)險(xiǎn)，也是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化控制的一個(gè)重要方面，只有達(dá)到對于液位數(shù)據(jù)的精確采集與處理，才能保證生產(chǎn)可靠安全地進(jìn)行。本文就是針對在生產(chǎn)過程中液位變送器出現(xiàn)的各種案例進(jìn)行說明分析。
舉例，油田聯(lián)合站液化氣生產(chǎn)制冷系統(tǒng)中丙烷中間分離器，該液位控制屬于高風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)節(jié)，正常情況下分離器功能是；分離器頂部氣相進(jìn)入丙烷制冷壓縮機(jī)二級入口，液相進(jìn)^丙烷蒸發(fā)器，見圖1。如果液位失控，高液位會導(dǎo)致丙烷進(jìn)入壓縮機(jī)，直接威脅制冷壓縮機(jī)的安全，低液位會造成丙烷蒸發(fā)器液位低，影響整個(gè)制冷系統(tǒng)的效果。只有保證液位信息真實(shí)可靠，DCS控制系統(tǒng)方能正確運(yùn)行，才能有效地保障生產(chǎn)和安全。實(shí)際生產(chǎn)中，測量信號受振動(dòng)、凍堵、臟堵、電路故障等影響，時(shí)常出現(xiàn)“假液位”現(xiàn)象。本文針對液位變送器在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的失真，造成DCS系統(tǒng)控制失靈的問題，提出可靠的報(bào)警解決辦法(基于歐陸2500組成的DCS系統(tǒng))。
2提高裝置液位測量可靠性的軟硬件設(shè)施
DCS系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)、測量變送器、調(diào)節(jié)器(閥)以及各種驅(qū)動(dòng)、操作系統(tǒng)等組成。下位機(jī)和液位變送器的工作原理簡述如下：
2.1歐陸2500智能遠(yuǎn)程I，O控制器
歐陸2500控制器組成的DCS系統(tǒng)下位機(jī)，精度高，性能好，能提供實(shí)用的控制功能。2500 I／O控制模件通過Modbus或Profibus協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通訊，用于信號調(diào)節(jié)、監(jiān)視報(bào)警以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集。2500 I／O控制模件有高穩(wěn)定性的PID功能塊?？梢灾С謽?gòu)成強(qiáng)大的控制策略的能力。在Windows操作系統(tǒng)下，使用組態(tài)軟件包”iTools”用以2500的組態(tài)。”iTools”可設(shè)置分配I／O點(diǎn)；設(shè)置PID功能塊、Toolkit功能塊；互連不同變量、報(bào)警、功能塊等。其中Toolkit功能塊可支持就地的數(shù)學(xué)、邏輯運(yùn)算。
2.2電動(dòng)浮簡液位計(jì)變送器和磁浮子液位變送器
2.2.1電動(dòng)浮筒液位變送器變送器是基于阿基米德定律及力平衡原理工作的。相當(dāng)于被測液面高度的浮筒懸掛在下杠桿端部，液位上升時(shí)，浮筒沉浸在液體中，并受到阿基米德定律向上的浮力作用。其浮力F等于：
F=l／47rD2。H‘P
式中：D：浮筒外徑
H：液位高度
P：介質(zhì)密度
當(dāng)液位上升時(shí)，浮筒失去自重，支承點(diǎn)杠桿力發(fā)生變化，通過稱重傳感器測得浮筒浮力的大小，即可得到液面的高度。經(jīng)轉(zhuǎn)換，輸出與液位高度成比例的4～20mA.DC標(biāo)準(zhǔn)信號。遠(yuǎn)傳至控制室，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程液位顯示或工藝流程的控制。
2.2.2磁浮子液位變送器
浮子液位變送器是采用磁耦合原理，將磁開關(guān)信號轉(zhuǎn)化成電阻線性變化。浮子液位變送器是由液位傳感器和電流轉(zhuǎn)換器兩部分組成，浮子與液位同步變化，控制磁開關(guān)吸合或斷開，從而使傳感器內(nèi)電阻呈線性變化，再將電阻變化轉(zhuǎn)化成4～20mADC標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出，實(shí)現(xiàn)液位的遠(yuǎn)傳測量與控制。
3設(shè)計(jì)思想
采用兩套液位變送器進(jìn)行測量，其中采用電動(dòng)浮筒液位變送器的數(shù)據(jù)，參與構(gòu)成PID控制回路；另一套磁浮子變送器的數(shù)據(jù)，用于對電動(dòng)浮筒液位變送器數(shù)據(jù)的跟蹤判斷。比較兩數(shù)據(jù)在一定誤差范圍內(nèi)是否相符，以識別信息的可靠性。因兩種變送器測量原理不同，同時(shí)出故障的概率極小，而且同時(shí)出故障時(shí)數(shù)據(jù)大小相符的概率幾乎為零。因此，該方法可有效地提高液位測量的可靠性?，F(xiàn)以油田液化氣生產(chǎn)過程中，制冷劑丙烷中間分離器為例，描述一下實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)裝置液位失真報(bào)警的方案(系統(tǒng)組成：下位機(jī)——歐陸2500智能遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)；上位機(jī)——組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng))。
?、俦橹虚g分離器罐體上加裝液位計(jì)
原系統(tǒng)是用電動(dòng)浮筒液位變送器對中間分離器檢測液位數(shù)據(jù)，現(xiàn)在在該罐體上加裝一套磁浮子液位變送器，與電動(dòng)浮筒液位變送器等量程，安裝等高度。
?、谙挛粰C(jī)加裝硬件
在DIN導(dǎo)軌上加裝一塊2500M／A12雙通道模擬輸入模件；2500bl／RLY4四通道繼電器輸出模件；WSl525A隔離配電器；4組保險(xiǎn)端子。電路接線如圖2、圖3：
③下位機(jī)組態(tài)
組態(tài)軟件包”iTools”用于2500的組態(tài)，進(jìn)入iTools組態(tài)環(huán)境，對磁浮子液位變送器模擬輸入信號組態(tài)，完成圖2的控制采集功能；
設(shè)置磁浮子液位高、低參數(shù)極限值，通過繼電器輸出模件，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器，完成圖3的液位高報(bào)警和液位低報(bào)警功能；
利用Toolkit功能塊支持就地的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，設(shè)置In—putl等于電動(dòng)浮筒液位數(shù)據(jù)(A)，Input2等于磁浮子液位數(shù)據(jù)(B)，運(yùn)算A—B，高限HiLimit設(shè)50，低限LoLimit設(shè)一50，即量程的-I-5％。輸出超限信息控制繼電器輸出模塊，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器，完成圖3的液位失真報(bào)警功能。
設(shè)置Toolkit的界面如圖4：
?、苌衔粰C(jī)組態(tài)
進(jìn)入組態(tài)王組態(tài)環(huán)境，在原有中間分離器畫面上，增加柱狀液面顯示窗121，將磁浮子液位數(shù)據(jù)與柱狀液面顯示窗口進(jìn)行動(dòng)畫連接。
將下位機(jī)的液位高報(bào)警、液位低報(bào)警和液位失真報(bào)警的參數(shù)，配置到運(yùn)行系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)警窗121。
通過上述對原系統(tǒng)軟、硬件的增設(shè)，就徹底解決了該分離器液位測試儀表失真問題，無論是臟堵、凍堵、機(jī)械故障、還是電路故障，只要有一個(gè)數(shù)據(jù)失真，系統(tǒng)會參數(shù)對照，跟蹤報(bào)警。上位機(jī)和下位機(jī)都設(shè)置報(bào)警，有利于操作、監(jiān)視人員及時(shí)采取措施，為安全高效生產(chǎn)提供可靠的保障。
4生產(chǎn)應(yīng)用
液化氣生產(chǎn)場所，高壓、易燃、易爆，我們根據(jù)安全生產(chǎn)的需求，對兩個(gè)裝置的液位自動(dòng)控制進(jìn)行了“高可靠性”升級改造。安裝調(diào)試后，運(yùn)行正常，效果明顯，不但滿足了生產(chǎn)的需求，也排除了重大安全隱患。同時(shí)也為DCS自控系統(tǒng)中解決其他參數(shù)可靠性問題開辟了一條途徑。
5結(jié)語
對一個(gè)裝置采用兩套液位計(jì)測量，其中一套測量嵌入PID自動(dòng)控制環(huán)節(jié)，控制出液調(diào)節(jié)閥，另一套測量只起“監(jiān)視”作用，其測量數(shù)據(jù)只與PID控制回路的液位數(shù)據(jù)做誤差運(yùn)算。這樣的設(shè)計(jì)方案，在不改變下位機(jī)主控制回路基礎(chǔ)上，略加組態(tài)程序，即可對增加的硬件實(shí)現(xiàn)有效控制和運(yùn)行，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相應(yīng)的變動(dòng)也較少，整個(gè)升級改造調(diào)試極為便捷。
上一條：關(guān)于電磁流量計(jì)的特點(diǎn)及與自來水電磁水表的區(qū)別
下一條：簡化科研儀器采購流程 為科技插上騰飛的“雙翼”
液位測量是石油、化工生產(chǎn)過程系統(tǒng)中一項(xiàng)重要的工作，液位控制無論是對于生產(chǎn)成果的計(jì)算，還是生產(chǎn)過程的控制都極為重要，甚至有時(shí)會涉及到重大的安全風(fēng)險(xiǎn)，也是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化控制的一個(gè)重要方面，只有達(dá)到對于液位數(shù)據(jù)的精確采集與處理，才能保證生產(chǎn)可靠安全地進(jìn)行。本文就是針對在生產(chǎn)過程中液位變送器出現(xiàn)的各種案例進(jìn)行說明分析。
舉例，油田聯(lián)合站液化氣生產(chǎn)制冷系統(tǒng)中丙烷中間分離器，該液位控制屬于高風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)節(jié)，正常情況下分離器功能是；分離器頂部氣相進(jìn)入丙烷制冷壓縮機(jī)二級入口，液相進(jìn)^丙烷蒸發(fā)器，見圖1。如果液位失控，高液位會導(dǎo)致丙烷進(jìn)入壓縮機(jī)，直接威脅制冷壓縮機(jī)的安全，低液位會造成丙烷蒸發(fā)器液位低，影響整個(gè)制冷系統(tǒng)的效果。只有保證液位信息真實(shí)可靠，DCS控制系統(tǒng)方能正確運(yùn)行，才能有效地保障生產(chǎn)和安全。實(shí)際生產(chǎn)中，測量信號受振動(dòng)、凍堵、臟堵、電路故障等影響，時(shí)常出現(xiàn)“假液位”現(xiàn)象。本文針對液位變送器在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的失真，造成DCS系統(tǒng)控制失靈的問題，提出可靠的報(bào)警解決辦法(基于歐陸2500組成的DCS系統(tǒng))。
2提高裝置液位測量可靠性的軟硬件設(shè)施
DCS系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)、測量變送器、調(diào)節(jié)器(閥)以及各種驅(qū)動(dòng)、操作系統(tǒng)等組成。下位機(jī)和液位變送器的工作原理簡述如下：
2.1歐陸2500智能遠(yuǎn)程I，O控制器
歐陸2500控制器組成的DCS系統(tǒng)下位機(jī)，精度高，性能好，能提供實(shí)用的控制功能。2500 I／O控制模件通過Modbus或Profibus協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通訊，用于信號調(diào)節(jié)、監(jiān)視報(bào)警以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集。2500 I／O控制模件有高穩(wěn)定性的PID功能塊?？梢灾С謽?gòu)成強(qiáng)大的控制策略的能力。在Windows操作系統(tǒng)下，使用組態(tài)軟件包”iTools”用以2500的組態(tài)。”iTools”可設(shè)置分配I／O點(diǎn)；設(shè)置PID功能塊、Toolkit功能塊；互連不同變量、報(bào)警、功能塊等。其中Toolkit功能塊可支持就地的數(shù)學(xué)、邏輯運(yùn)算。
2.2電動(dòng)浮簡液位計(jì)變送器和磁浮子液位變送器
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式中：D：浮筒外徑
H：液位高度
P：介質(zhì)密度
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2.2.2磁浮子液位變送器
浮子液位變送器是采用磁耦合原理，將磁開關(guān)信號轉(zhuǎn)化成電阻線性變化。浮子液位變送器是由液位傳感器和電流轉(zhuǎn)換器兩部分組成，浮子與液位同步變化，控制磁開關(guān)吸合或斷開，從而使傳感器內(nèi)電阻呈線性變化，再將電阻變化轉(zhuǎn)化成4～20mADC標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出，實(shí)現(xiàn)液位的遠(yuǎn)傳測量與控制。
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?、俦橹虚g分離器罐體上加裝液位計(jì)
原系統(tǒng)是用電動(dòng)浮筒液位變送器對中間分離器檢測液位數(shù)據(jù)，現(xiàn)在在該罐體上加裝一套磁浮子液位變送器，與電動(dòng)浮筒液位變送器等量程，安裝等高度。
?、谙挛粰C(jī)加裝硬件
在DIN導(dǎo)軌上加裝一塊2500M／A12雙通道模擬輸入模件；2500bl／RLY4四通道繼電器輸出模件；WSl525A隔離配電器；4組保險(xiǎn)端子。電路接線如圖2、圖3：
③下位機(jī)組態(tài)
組態(tài)軟件包”iTools”用于2500的組態(tài)，進(jìn)入iTools組態(tài)環(huán)境，對磁浮子液位變送器模擬輸入信號組態(tài)，完成圖2的控制采集功能；
設(shè)置磁浮子液位高、低參數(shù)極限值，通過繼電器輸出模件，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器，完成圖3的液位高報(bào)警和液位低報(bào)警功能；
利用Toolkit功能塊支持就地的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，設(shè)置In—putl等于電動(dòng)浮筒液位數(shù)據(jù)(A)，Input2等于磁浮子液位數(shù)據(jù)(B)，運(yùn)算A—B，高限HiLimit設(shè)50，低限LoLimit設(shè)一50，即量程的-I-5％。輸出超限信息控制繼電器輸出模塊，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器，完成圖3的液位失真報(bào)警功能。
設(shè)置Toolkit的界面如圖4：
?、苌衔粰C(jī)組態(tài)
進(jìn)入組態(tài)王組態(tài)環(huán)境，在原有中間分離器畫面上，增加柱狀液面顯示窗121，將磁浮子液位數(shù)據(jù)與柱狀液面顯示窗口進(jìn)行動(dòng)畫連接。
將下位機(jī)的液位高報(bào)警、液位低報(bào)警和液位失真報(bào)警的參數(shù)，配置到運(yùn)行系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)警窗121。
通過上述對原系統(tǒng)軟、硬件的增設(shè)，就徹底解決了該分離器液位測試儀表失真問題，無論是臟堵、凍堵、機(jī)械故障、還是電路故障，只要有一個(gè)數(shù)據(jù)失真，系統(tǒng)會參數(shù)對照，跟蹤報(bào)警。上位機(jī)和下位機(jī)都設(shè)置報(bào)警，有利于操作、監(jiān)視人員及時(shí)采取措施，為安全高效生產(chǎn)提供可靠的保障。
4生產(chǎn)應(yīng)用
液化氣生產(chǎn)場所，高壓、易燃、易爆，我們根據(jù)安全生產(chǎn)的需求，對兩個(gè)裝置的液位自動(dòng)控制進(jìn)行了“高可靠性”升級改造。安裝調(diào)試后，運(yùn)行正常，效果明顯，不但滿足了生產(chǎn)的需求，也排除了重大安全隱患。同時(shí)也為DCS自控系統(tǒng)中解決其他參數(shù)可靠性問題開辟了一條途徑。
5結(jié)語
對一個(gè)裝置采用兩套液位計(jì)測量，其中一套測量嵌入PID自動(dòng)控制環(huán)節(jié)，控制出液調(diào)節(jié)閥，另一套測量只起“監(jiān)視”作用，其測量數(shù)據(jù)只與PID控制回路的液位數(shù)據(jù)做誤差運(yùn)算。這樣的設(shè)計(jì)方案，在不改變下位機(jī)主控制回路基礎(chǔ)上，略加組態(tài)程序，即可對增加的硬件實(shí)現(xiàn)有效控制和運(yùn)行，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相應(yīng)的變動(dòng)也較少，整個(gè)升級改造調(diào)試極為便捷。
上一條：關(guān)于電磁流量計(jì)的特點(diǎn)及與自來水電磁水表的區(qū)別
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