［摘 要］在X鋼供水調(diào)度“兩遙”系統(tǒng)中，自動化儀表是整個系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分，直接影響系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的可靠性。文章著重介紹了自動化儀表在供水系統(tǒng)各水種、管網(wǎng)上的應(yīng)用及取得的一些經(jīng)驗(yàn)，并簡要介紹了自動化儀表與計算機(jī)終端的配接。 ［關(guān)鍵詞］自動化儀表；遙測遙信監(jiān)測；應(yīng)用分析 1、 問題的引入 X鋼供排水系統(tǒng)覆蓋了公司的各個廠區(qū)，點(diǎn)多、面廣、系統(tǒng)龐大，多水種管網(wǎng)分布復(fù)雜。為了加強(qiáng)供排水調(diào)度的管理，合理使用能源，充分發(fā)揮現(xiàn)有供水設(shè)備的能力，我廠采用了集自動化檢測技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和無線通訊技術(shù)為一體的供水調(diào)度自動化遙測遙信監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱“兩遙”系統(tǒng)。該系統(tǒng)共有各類終端25個，覆蓋了我廠重要的取水泵站、提升泵站及大型的水處理站，為調(diào)度人員對整個供水系統(tǒng)的全面監(jiān)測以及突發(fā)事故的及時發(fā)現(xiàn)與處理提供了先進(jìn)的管理手段和方法。 該調(diào)度系統(tǒng)的組網(wǎng)基本形式是星形結(jié)構(gòu)，通訊是半雙工信道上，以詢問——應(yīng)答方式實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主要對各泵站及管網(wǎng)的壓力、水位、溫度、流量、水泵電壓、電流以及水泵的開、停狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。現(xiàn)共有模擬信號528個，脈沖信號51個，開關(guān)信號319個，儀表近千臺。 2、 自動化儀表的應(yīng)用 2.1 選型原則 要確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，為生產(chǎn)調(diào)度提供連續(xù)、準(zhǔn)確的工藝參數(shù)，儀表的準(zhǔn)確檢測與正常工作是關(guān)鍵之所在，因些對所有儀表的選型均本著這兩個原則：一是滿足系統(tǒng)的總體設(shè)計要求儀表輸入信號為雙端浮地輸入，因此，所有壓力、水位、溫度、流量等儀表都是采用NP系列儀表，該類儀表輸出為直流信號4-20mA，不與機(jī)械零點(diǎn)重合便于區(qū)別停電、斷線等故障；也可以躲開晶體管特性中的非線性區(qū)與死區(qū)，利用晶體管線性區(qū)工作；由于變送器采用二線制，可減少鋪設(shè)的電纜；采用1-5V直流電壓可并聯(lián)傳輸，有公共地點(diǎn)便于與計算機(jī)聯(lián)接。二是要求儀表實(shí)用、可靠，性能價格比高，便于維護(hù)的原則，在關(guān)鍵部位的參數(shù)則要適當(dāng)選用高質(zhì)量的儀表，以滿足系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的要求。 2.2 主要儀表的特點(diǎn)及原理 （1） 壓力儀表 該系統(tǒng)共有壓力變送器190余臺，其中少部分為原有的3351型電容式壓力變送器，現(xiàn)在大部分儀表均采用厚膜壓力變送器。該壓力變送器測量頭有M20×1.5外螺紋壓力輸入接口，可直接在管道上測量，無需很長的導(dǎo)壓管。其傳感元件和電子放大器、溫度補(bǔ)償回路都安裝在表頭不銹鋼外殼中，能直接檢測出被測壓力而無任何可動機(jī)械部分。體積小，安裝維護(hù)方便，不會發(fā)生堵塞現(xiàn)象。 （2） 水位儀表 該系統(tǒng)有水位測量點(diǎn)70個，全部采用投入式液位變送器，這種變送器測量端帶不銹鋼隔離膜片，壓力腔充硅油（傳遞壓力），防水電纜與外殼密封連接，且防水電纜中帶有能氣管，外殼采用有銹鋼焊接結(jié)構(gòu)，外殼直徑為25mm，體積小，安裝、維護(hù)都很方便。現(xiàn)場安裝時，由于汲水井水波動很大，為防止測量端在水中或纏繞，都是在汲水井邊固定一根DN50的鋼管，兩側(cè)打若干小孔，以便于上下提動和水能暢進(jìn)入，如圖1所示。另外，考慮到工業(yè)不和軋鋼廢水中雜質(zhì)多，井底淤泥厚，實(shí)際安裝時，一次測量端離井底有一段高度（圖中h0）由計算機(jī)進(jìn)行修正。 （3） 溫度儀表 由于供水溫度都小于50℃，回水溫度也小于100℃，所以溫度測量儀表均采用銅電阻，這種電阻耐腐蝕，在這個溫度段測量準(zhǔn)確，價格也較低。溫度變送器用NPWD系列。 （4） 流量儀表 本系統(tǒng)中使用的流量儀表主要有3種： ① 差壓流量計：由節(jié)流孔板和差壓變送器，根據(jù)力矩平衡原理，將差壓送至差壓變送器，根據(jù)力矩平衡原理，將差壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械位移，經(jīng)低頻位移檢測放大器進(jìn)行信號放大、濾波后輸出4-20mA直流標(biāo)準(zhǔn)信號。這種儀表因其價格低、信號穩(wěn)定，在我廠原水處理泵站廣泛應(yīng)用，但是由于工業(yè)水中雜質(zhì)多，導(dǎo)壓管易堵塞，每年都必須投入大量精力去疏通，日常維護(hù)量也較大，并且大多數(shù)現(xiàn)有的供水管道不可能完全停水安裝孔板，使得這種流量計的推廣應(yīng)用受到限制。 ② 電磁流量計：它是以法拉弟電磁感應(yīng)定律作為測量原理。在一均勻磁場內(nèi)，當(dāng)導(dǎo)電液體沿垂直于磁場方向在管道內(nèi)流過時，因切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E，如圖所示。 由法拉第電磁感應(yīng)定律可知： E = BDv （1） 由于流量是單位時間通過管道截面的流體量，即： qv=1/4•πD2•v （2） 式中E感應(yīng)電動勢；B磁感應(yīng)強(qiáng)度；D管道內(nèi)徑；v流體平均流速。 由（1）和（2）式得： 只要測出磁感應(yīng)電動勢E，即可通過換算測出流量大小。 這種流量計中無可動部件和插入流體內(nèi)部的阻力件，沒有附加的壓力損失，工作壽命長，儀表維護(hù)量小，但價格較高。目前我廠新建的大H型鋼、異鋼坯及棒材水處理泵站廣泛應(yīng)用。 ③ 超聲波流量計：這種流量計是以兩個換能器發(fā)出的超聲波在順?biāo)湍嫠较騻鞑サ臅r間差來測量流量，如圖所示： 順?biāo)畷r超聲波傳播時間 t+ =L/（ C + v ）； 逆水時超聲波傳播時間 t- =L/（ C - v ），其中C為液體中的聲速，一般C≥1000m/s 這樣得△t= t- - t+ =2Lv/（C2-v2） 因C 》v,則△t可近似地表示為2Lv/C2或 v = 1/4•πD2v = πD2C2△t/（8L） 兩個換能器緊貼在管外壁，不與流體接觸，對管路無任何影響，在我廠幾個點(diǎn)使用后，效果較好，測量信號穩(wěn)定，信號跟蹤性好，很值得在現(xiàn)有舊管道上推廣。以上這3種流量計測量準(zhǔn)確度均為1.5級，滿足系統(tǒng)測量要求。 3、 儀表與計算機(jī)終端的配接 各泵站及管網(wǎng)的工藝檢測信號經(jīng)變送器的采集、變換、放大、整形后輸出直流信號4-20mA，1-5V，由電纜接入終端機(jī)的端子板上，供計算機(jī)數(shù)據(jù)采集終端采集。 這些終端機(jī)接入的信號應(yīng)是不大于5V的直流電壓信號或峰值不大于5V的脈沖信號。但是在工業(yè)現(xiàn)場中，由于變送器分裝在各處，有些距終端100m以上，生產(chǎn)現(xiàn)場的一些強(qiáng)電設(shè)備會在信號線上迭加各種干擾，這些干擾會影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因些在終端信號輸入時采取以下措施：一是變送器與配電器相連，由配電器輸出信號接入終端，這樣通過配電器內(nèi)的DC-AC-AC轉(zhuǎn)換單元為現(xiàn)場的二線制變送器提供了一個隔離電源，同時又將變關(guān)器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換為電源隔離的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號，實(shí)現(xiàn)變送器、二次儀表及電源之間的雙向隔離，并且可是提高信號的帶負(fù)載能力，滿足終端要求。二是在計算機(jī)輸入端設(shè)計有RC濾波電路，有效清除各類干擾。 采集到的信號經(jīng)多路轉(zhuǎn)換采樣器及A/D轉(zhuǎn)換的變換，通過I/O接口讀入，處理成計算機(jī)能識別的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)運(yùn)算，在終端上顯示，并接受中心調(diào)度機(jī)的遙測，經(jīng)無線通訊將信號發(fā)回中心調(diào)度室，這一過程如圖4所示。 數(shù)據(jù)采集終端處理后的數(shù)據(jù)送回調(diào)度室后，即進(jìn)入中心調(diào)度計算機(jī)。由中心調(diào)度機(jī)將遙測到的信號還原為原來定義的實(shí)際參數(shù)，計算公式為：Y = AX + B，A為轉(zhuǎn)換系數(shù)，B為修正值，X為實(shí)測值，Y為還原參數(shù)值（在中心調(diào)度計算機(jī)上顯示）。 4、 運(yùn)行效果 “兩遙”系統(tǒng)中的近千臺儀表在整個系統(tǒng)的運(yùn)行中發(fā)揮了重要作用，它提高了我廠的計控水平，并為我廠的進(jìn)一步技術(shù)改善和逐步完善調(diào)度系統(tǒng)打下了良好的基礎(chǔ)。主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （1） 實(shí)時了解供水管網(wǎng)壓力，防止因管網(wǎng)壓力過高而引起的爆管事故，同時又減少了管網(wǎng)壓力過低而造成對用戶所帶來的不利影響。通過合理調(diào)配水資源，使生產(chǎn)運(yùn)行方式進(jìn)一步優(yōu)化，節(jié)約能源，據(jù)統(tǒng)計該系統(tǒng)年可節(jié)電約219萬KWh。 （2） 連續(xù)監(jiān)測各供水設(shè)備的運(yùn)行狀況，保證設(shè)備安全可靠地工作。 （3） 由于各汲水井安裝有水位儀表，可實(shí)現(xiàn)水位自動控制、報警，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水自動化。杜絕了以往邊補(bǔ)水邊溢流的狀況，從而節(jié)約的水資源，同時也避免了對環(huán)境的污染。 （4） 提高調(diào)度人員應(yīng)付突發(fā)事故的能力。由于各工藝關(guān)鍵點(diǎn)均安裝有各類檢測儀表，一旦發(fā)生事故，調(diào)度人員能及時判斷事故原因，以便立即組織搶修，避免事故擴(kuò)大化。