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穩(wěn)定液位控制的冗余式雷達液位計數(shù)據(jù)采集方法
在工業(yè)生產(chǎn)中，雷達液位計被廣泛應用于各種復雜環(huán)境，常用于直接測量或控制系統(tǒng)作為反饋值測量。如果液位計發(fā)生故障,，將導致測量失準而導致事故發(fā)生。冗余式液位計方法的引入可以很大程度上解決此類問題,，該方法的研究對于穩(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)常用的液位計按工作原理主要分為直讀式,、靜壓液位計,、浮力式液位計、電氣式液位計,、聲學液位計及雷達液位計,，各種類型的液位計應用于不同的行業(yè)，特別是在油氣集輸儲運系統(tǒng)中,，石油,、天然氣與伴生污水要在各種生產(chǎn)設備和罐器中分離,、存儲與處理，物位的測量與控制,，對于保證正常生產(chǎn)和設備安全是至關(guān)重要的,，否則會產(chǎn)生重大的事故。在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中,，液位計將液位信號通過各種方式轉(zhuǎn)化為直流電壓或電流信號,，終被模擬量輸入模塊識別接收，作為測量顯示值或反饋量進入閉環(huán)控制系統(tǒng)參與自動控制,，傳統(tǒng)的取值方式為單個設備取值,，在閉環(huán)控制系統(tǒng)如果計量設備發(fā)生故障將導致所控制設備失控而發(fā)生事故，而通過二進一出模擬量數(shù)據(jù)采集方法運用于冗余式液位計數(shù)據(jù)采集及控制方法的引入解決了這一問題,。
2背景介紹
酒鋼選礦精礦脫水工序采用國內(nèi)冶金行業(yè)引入的GPJ－120加壓盤式過濾機,，自動控制系統(tǒng)為羅克韋爾compacteLogix系列產(chǎn)品，儲漿槽液位的穩(wěn)定控制是提高加壓過濾機運轉(zhuǎn)率的重要指標,。由于工況條件發(fā)生變化(原設計介質(zhì)為精煤,，現(xiàn)濃度為60%鐵精礦)，儲漿槽液位控制經(jīng)常發(fā)生失準現(xiàn)象,，儲漿槽雷達液位計是由E+H的FM151型導波式雷達液位計來測量液位的,，利用液位測量反饋值控制入料泵變頻器頻率，以此達到儲漿槽內(nèi)液位穩(wěn)定的目的,。之所以選用此液位計是因為加壓過濾機在工作狀態(tài)下是密閉和真空環(huán)境,，對液位計有著較高的環(huán)境要求。該液位計的優(yōu)點在于可以用于真空,，還可以用于大100bar的過壓,，對電導率為100μS/cm或更高的介質(zhì)，不需要標定,。然而,，在實際應用中由于液位計回波失真而導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,。為了解決上述問題，引入了一種用于穩(wěn)定液位控制的冗余式液位計數(shù)據(jù)采集方法,，此方法對于提高類似加壓過濾機復雜環(huán)境下的液位穩(wěn)定性有著重要意義,，在其它特殊環(huán)境液位自動控制有著重要的指導意義。
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,，前期儲漿槽液位計運行過程中出現(xiàn)的主要問題為液位計入液部位(導波桿)掛漿較多影響液位的測量,，需要周期性清理。加壓過濾機從開始啟機到運轉(zhuǎn)正常過程中液位落差很大(一般為300～680mm之間),，啟機時需要手動將液位打到360mm以上才能轉(zhuǎn)入正常運行狀態(tài),，由于受環(huán)境限制只能選用FM151型的液位計,，該雷達液位計有效測量高度為L=800mm，屏蔽段長度L3=100mm,，安裝不能太高或太低,，太低會導致液位計表頭淹沒進水或出現(xiàn)回波失真現(xiàn)象，太高會導致低液位無法測量和液位計無法安裝的現(xiàn)象存在,。另外,，液位計測量經(jīng)常發(fā)生失準現(xiàn)象，此種情況和工況條件也有一定關(guān)系,，由于加壓過濾機內(nèi)相對濕度大,，且運行時艙內(nèi)壓力變化很大，液位計安裝位置過低會導致液位測量進入盲區(qū)范圍的現(xiàn)象存在［4］,。單個液位計測量取值,，對雷達液位計的依靠太大，由于該加壓過濾機儲漿槽較小,，入料泵單位時間內(nèi)打入的礦漿很多,，一旦發(fā)生故障后無可靠的備用設備可供參考修正，導致加壓過濾機液位控制進入失控狀態(tài),，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響很大,，這也是導致故障頻發(fā)影響生產(chǎn)的重要因素［5］。
3．2新方法可行性分析
通過對雷達液位計性能參數(shù)分析,，F(xiàn)M151型液位計為輸出兩線制4～20mA信號,，測量值正常情況響應時間為t≤0．3s，SIL操作模式下t≤0．5s,，如下圖1所示,。另外，通過對二進一出模擬量采集系統(tǒng)模擬量輸入模塊采樣時間分析和模擬量輸入模塊數(shù)字濾波功能分析,，*可以達到工況液位調(diào)節(jié)的時間要求和采樣要求,，因此對采樣和數(shù)據(jù)通訊無任何影響［6］。況且羅克韋爾系統(tǒng)模擬量輸入模塊有速率報警功能,，當兩個時間間隔的傳輸速率差值大于設定值時會報警提示,，這樣保證了數(shù)據(jù)的快速傳輸。
4具體實施方法
4．1基本系統(tǒng)構(gòu)成
在加壓過濾機儲漿槽使用時,，只需在原有控制系統(tǒng)的基礎上改造即可,。該系統(tǒng)主要包括冗余液位計，二進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，特別是針對液位波動大,，環(huán)境因素相對苛刻而導致液位計故障頻發(fā)的區(qū)域,，改造前后液位計安裝對比如圖2所示,。
4．2基本原理
用于穩(wěn)定液位控制的冗余式液位計數(shù)據(jù)采集及控制方法在于，兩個液位計安裝于不同的高度,，通過兩進一出的模擬量采集方法將液位采集到控制系統(tǒng),，將液位標定一致，當檢測到任意一個液位發(fā)生不確定波動時,，通過比較算法自動切換到另一個液位計比較計算,，如果正常的液位突然波動則取值自動調(diào)節(jié)，如果是液位計故障導致的突然波動,，通過報警提醒操作人員手動切換到另一雷達液位計進入反饋調(diào)節(jié)狀態(tài),，在同一系統(tǒng)中相互標定，當檢測到液位波動時報警提示并自動脫離故障設備,，這樣既保護了故障液位計不被溢出礦漿損壞,，又保證了設備運行的連續(xù)性和穩(wěn)定性，節(jié)省了故障處理時間,，正常情況下由A液位計反饋值控制,，當系統(tǒng)檢測到A液位計液位異常波動時，通過控制程序進行上位畫面報警提示并自動切換至B液位計投入反饋控制液位,?？赏ㄟ^兩個不同的模擬量輸入通道進行數(shù)據(jù)采集，在下位程序中再進行不同方法控制,，以期實現(xiàn)不同工藝要求的控制,。
4．3該方法實施的優(yōu)勢
通過該方法的實施，有效解決了運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)雷達液位計回波失真而導致的礦漿外溢的生產(chǎn)事故,，能夠通過手動或自動解決液位計讀數(shù)失準的問題,，避免了液位計故障停機時間，有效提高了生產(chǎn)連續(xù)性,。其次,，該方法可運用于復雜環(huán)境液位計失準的環(huán)境，也可以用不同工作原理［7］,，甚至不同型號的液位計進行相互冗余標定［8］,。以此來消除不同環(huán)境下液位計選型的難點。
5結(jié)語
隨著自動化系統(tǒng)的不斷升級,，生產(chǎn)設備連續(xù)性和密集性越來越高,，在關(guān)鍵部位的關(guān)鍵設備出現(xiàn)問題后往往導致整個生產(chǎn)線停滯，從而影響了生產(chǎn)運行成本,，這也成為制約企業(yè)發(fā)展的重要障礙，本文通過實際問題的排查分析,，結(jié)合相關(guān)設備理論研究試驗,，準確實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,，對于自動控制系統(tǒng)液位穩(wěn)定控制有著重要的借鑒意義。