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空盒氣壓表檢定壓力控制器的設計及應用

作時間:2019-06-29  來源:上海市計量測試技術研究院  作者:茅曉晨
   
摘要:詳細介紹空盒氣壓表氣壓示值誤差和溫度系數的檢定過程,分析示值檢定箱執行機構的氣動工作原理,整理出PLC的控制變量表,并應用PID功能模塊實現壓力自動調節,空盒氣壓表檢定設備可以實現氣壓示值和溫度系數的自動檢定,提高儀表檢定、校準的工作效率以及操作準確度,簡化計量工作流程,降低工作強度,保障科研生產任務的順利進行。
空盒氣壓表檢定設備可以實現氣壓示值和溫度系數的自動檢定,提高儀表檢定、校準的工作效率以及操作準確度,簡化計量工作流程,降低工作強度。
1空盒氣壓表檢定
1.1動作過程
壓力控制的動作過程為:設備啟動時真空泵、DT1高壓電磁閥、DT2低壓電磁閥都給電。泵的DT1高壓電磁閥用于給后端增加壓力,而DT2低壓電磁閥用于給后端減小壓力。需要注意的是,高壓和低壓兩側各有一個節流閥,分別用來調節正負氣壓流量的(規程要求5hPa/min),氣體流量的大小直接影響氣壓室的壓力值精度和穩定性[1]。
1)當箱內氣壓<檢定點氣壓時,真空泵對DT1高壓電磁閥加壓,當箱內氣壓達到預先設定的高壓緩沖罐氣壓時示值檢定箱氣動原理圖(略高于檢定點),真空泵和DT1高壓電磁閥斷電,同時打開DT3高壓穩定閥,使得高壓緩沖罐和箱內氣壓相通,以調節箱內氣壓。當箱內氣壓達到設定點時,使DT3高壓穩定閥關閉,箱內進入保壓階段,達到一定時間后進行電磁鐵敲擊,再進行送檢空盒氣壓表讀數。
2)當箱內氣壓>檢定點氣壓時,真空泵對DT2低壓電磁閥減壓;當箱內氣壓達到預先設定的低壓緩沖罐氣壓時(略低于檢定點),真空泵和DT2低壓電磁閥斷電,同時打開DT4低壓穩定閥,使得低壓緩沖罐和箱內氣壓相通,以調節箱內氣壓。當箱內氣壓達到設定點時,使DT4低壓穩定閥關閉,箱內進入保壓階段,達到一定時間后進行電磁鐵敲擊,再進行送檢空盒氣壓表讀數。
1.2控制變量
根據圖1所示的檢定箱氣動原理圖,可以整理歸納出要控制的節點類型[2]。
DO1:真空泵繼電器
DO2:DT1高壓閥繼電器
DO3:DT2低壓閥繼電器
DO4:DT3高壓穩定閥繼電器
DO5:DT4低壓穩定閥繼電器
DO6:電磁鐵繼電器(手動)
檢定系統軟件界面圖
AI1:高壓緩沖罐壓力傳感器
AI2:低壓緩沖罐壓力傳感器
AI3:氣壓箱壓力傳感器
AI4:氣壓箱溫度傳感器
AI5:氣壓標準器(mA或者232輸出)
檢定設備可對3種氣壓儀器進行檢定:
1)空盒氣壓表,包括平原空盒表(800hPa~1050hPa)檢定點依次為:1050、1010、960、910、860、810、800、810、860、910、960、1010、1050,共13個檢定點。高原空盒表(500hPa~1050hPa),檢定點依次為:1050、1010、960、910、860、810、760、710、660、610、560、510、500、510、560、610、660、710、760、810、860、910、960、1010、1050,共25個檢定點。
2)空盒氣壓計,檢定過程同樣是高壓至低壓再至高壓(900hPa~1050hPa),檢定點依次為:1050、1010、960、900、960、1010、1050,共7個檢定點。
3)振筒類氣壓儀,檢定裝置預留了多個機械分支口與氣壓箱相通以放便檢定連接。
因此,控制系統與檢定點對應的變量表包括:m總檢定點數、n換向點數、P[m]逐個檢定點氣壓值。由于被檢氣壓表沒有電信號接口,需要人工輸入各個被檢表的示值。
1.3溫度系數
空盒氣壓表附屬溫度表標度范圍為-11.0℃~41.0℃,非常大允許誤差為±1.0℃。溫度系數Kt用公式求出:Kt=(∆P1-∆P2)/(t1-t2)(hPa/℃,取兩位小數)式中:∆P1在高溫點,標準氣壓值和空盒氣壓表、空盒氣壓計氣壓示值的氣壓差值,hPa;∆P2在高溫點,標準氣壓值和空盒氣壓表、空盒氣壓計氣壓示值的氣壓差20190629143901.jpg值,hPa;t1高溫點的溫度值,℃;t2低溫點的溫度值,℃。具體溫度系數的數值要求范圍見《JJG272-2007空盒氣壓表和空盒氣壓計檢定規程》表1中的內容[3,4]。
2PID控制原理
PID控制包括定位點設置、偏差計算、比例控制、積分控制和微分控制。PID控制算法包括IND和ISA兩種方式:
CVout=(Kp*Error)+(Ki*Error*dt)+(Kd*Derivative)+CVBias
CVout=Kp*(Error+(Error*dt/Ti))+(Td*Derivative)+CVBias
Derivative
dt是測量時間,Derivative是導數值,可以為(當前誤差-以前誤差)/dt,也可以配置為(當前測量值-以前測量值)/dt,Ti是積分時間,Td是微分時間。K是按PVstep/Cvstep計算開環增益。Kp是比例增益,非常終反饋給系統的錯誤值的數量。Ki是積分增益,時間越快,積分部分的增益就越大。Kd是導數增益,表示有多少變化率反饋給系統。SP是設定點,為需要達到和維護的值。PV是過程變量,為過程的測量輸出的壓力值。CV是控制變量,將PID函數應用于控制過程的結果,而這個值包含比例、積分、微分和偏置的分量[5]。
IND方式采用標準PID算法,調節效果更精確,適用于專家級或精度要求嚴格的項目。而ISA方式調節簡單、快速,但精度效果一般,適用于初級應用或精度要求一般的項目。在一些典型的工業過程控制中,往往需要控制一個過程參數,如溫度或壓力值,可以應用開環控制。
在這樣的系統中,控制器接收來自用戶的設定值。然控制過程圖后控制器生成一個值再發送,稱為控制變量。而所需的參數是流程變量,它根據流程控制器發送的值進行更改。流程控制器無法確定流程是否實際生成了正確的流程變量[6]。
在要求響應速度的許多情況下,這就足夠了。但這些假設往往是不正確或不準確的。大多數過程控制系統使用閉環反饋,也做閉環系統。動作的控制器稱為比例控制器。實際上,誤差實際上是全范圍誤差的一部分(通常用百分比表示)?刂七^程需要更長的時間,但是完全控制失”導致的鍋爐MFT。經分析,C煤粉層未投用、燃氣層未投用,點火記憶這3個條件都輸出為“1”。鍋爐在運行過程中僅有A、B磨煤機運行,即A、B兩層煤粉層投用,在圖11鍋爐燃料喪失邏輯中輸出為“0”。
查A煤層和B煤層運行過程中的8個火檢信號的歷史趨勢。在同一時刻,兩個煤層各有兩個火檢信號消失,即不滿足圖9中煤層火檢有火(4取3)條件,即A煤層和B煤層未投用,即滿足圖11鍋爐燃料喪失邏輯。因此,導致MFT,鍋爐停止運行。
5.2火檢信號聯鎖變更過
由5.1節的事故原因分析可知,鍋爐MFT主要原因是投用的A、B兩煤層中,各有兩個火檢信號丟失,判斷火檢信號(4取2)無火,即煤層不能投用。與火檢信號參與“磨機跳閘”邏輯中,火檢信號(4取3)無火的邏輯沖突,即整體邏輯不嚴密,存在漏洞。
在FSSS中,“鍋爐燃料喪失”與“全爐膛滅火”都使用了火檢信號,屬于重復使用。
因此,將“煤層投用”邏輯中的火檢判斷條件取消,即可以保證鍋爐更加平穩運行。
6火檢探頭維護
由上述文章闡述可知,火檢信號是FSSS的判斷條件之一;鹧鏅z測器的探頭安裝在鍋爐爐膛內,處于1000℃以上的輻射熱中,火檢探頭較容易損壞。因此,需要工藝控制人員與儀表維護人員共同努力保證火焰檢測器輸出信號的準確性。
6.1工藝控制
火檢冷卻風機運行,不斷提供冷卻風給火檢探頭降溫,是保證火檢探頭壽命和準確度的措施之一。特別注意的是:在鍋爐開車之前火檢風機必須運行;鍋爐停車之后,火檢風機運行直至爐膛溫度降至常溫。
6.2儀表維護
鍋爐在運行過程中,若是發現火檢信號不穩定,儀表人員切除火檢信號參與的控制后,拆卸火檢探頭,清洗光學鏡頭組,使火檢探頭更準確地聚焦火焰信號。當鍋爐停車后,若火檢風機故障,可拆除火檢探頭避免高溫輻射熱損壞火檢探頭。
7小結
本文對火焰檢測器的結構、原理進行介紹說明,對火焰檢測器在天盈石化鍋爐上的應用和維護從各個方面進行闡述,并描述具體事故,分析說明鍋爐穩定運行的關鍵是火檢信號參與FSSS控制邏輯的嚴密性和火焰檢測器信號輸出的準確性。本文關于火焰檢測器在鍋爐上的使用及維護具有一定的指導意義。
 
 
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