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空盒气压表检定压力控制器的设计及应用

作时间:2019-06-29  来源:上海市计量测试技术研究院  作者:茅晓晨
   
摘要:详细介绍空盒气压表气压示值误差和温度系数的检定过程,分析示值检定箱执行机构的气动工作原理,整理出PLC的控制变量表,并应用PID功能模块实现压力自动调节,空盒气压表检定设备可以实现气压示值和温度系数的自动检定,提高仪表检定、校准的工作效率以及操作准确度,简化计量工作流程,降低工作强度,保障科研生产任务的顺利进行。
空盒气压表检定设备可以实现气压示值和温度系数的自动检定,提高仪表检定、校准的工作效率以及操作准确度,简化计量工作流程,降低工作强度。
1空盒气压表检定
1.1动作过程
压力控制的动作过程为:设备启动时真空泵、DT1高压电磁阀、DT2低压电磁阀都给电。泵的DT1高压电磁阀用于给后端增加压力,而DT2低压电磁阀用于给后端减小压力。需要注意的是,高压和低压两侧各有一个节流阀,分别用来调节正负气压流量的(规程要求5hPa/min),气体流量的大小直接影响气压室的压力值精度和稳定性[1]。
1)当箱内气压<检定点气压时,真空泵对DT1高压电磁阀加压,当箱内气压达到预先设定的高压缓冲罐气压时示值检定箱气动原理图(略高于检定点),真空泵和DT1高压电磁阀断电,同时打开DT3高压稳定阀,使得高压缓冲罐和箱内气压相通,以调节箱内气压。当箱内气压达到设定点时,使DT3高压稳定阀关闭,箱内进入保压阶段,达到一定时间后进行电磁铁敲击,再进行送检空盒气压表读数。
2)当箱内气压>检定点气压时,真空泵对DT2低压电磁阀减压;当箱内气压达到预先设定的低压缓冲罐气压时(略低于检定点),真空泵和DT2低压电磁阀断电,同时打开DT4低压稳定阀,使得低压缓冲罐和箱内气压相通,以调节箱内气压。当箱内气压达到设定点时,使DT4低压稳定阀关闭,箱内进入保压阶段,达到一定时间后进行电磁铁敲击,再进行送检空盒气压表读数。
1.2控制变量
根据图1所示的检定箱气动原理图,可以整理归纳出要控制的节点类型[2]。
DO1:真空泵继电器
DO2:DT1高压阀继电器
DO3:DT2低压阀继电器
DO4:DT3高压稳定阀继电器
DO5:DT4低压稳定阀继电器
DO6:电磁铁继电器(手动)
检定系统软件界面图
AI1:高压缓冲罐压力传感器
AI2:低压缓冲罐压力传感器
AI3:气压箱压力传感器
AI4:气压箱温度传感器
AI5:气压标准器(mA或者232输出)
检定设备可对3种气压仪器进行检定:
1)空盒气压表,包括平原空盒表(800hPa~1050hPa)检定点依次为:1050、1010、960、910、860、810、800、810、860、910、960、1010、1050,共13个检定点。高原空盒表(500hPa~1050hPa),检定点依次为: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个检定点。
2)空盒气压计,检定过程同样是高压至低压再至高压(900hPa~1050hPa),检定点依次为:1050、1010、960、900、960、1010、1050,共7个检定点。
3)振筒类气压仪,检定装置预留了多个机械分支口与气压箱相通以放便检定连接。
因此,控制系统与检定点对应的变量表包括:m总检定点数、n换向点数、P[m]逐个检定点气压值。由于被检气压表没有电信号接口,需要人工输入各个被检表的示值。
1.3温度系数
空盒气压表附属温度表标度范围为-11.0℃~41.0℃,非常大允许误差为±1.0℃。温度系数Kt用公式求出:Kt=(∆P1-∆P2)/(t1-t2)(hPa/℃,取两位小数)式中:∆P1在高温点,标准气压值和空盒气压表、空盒气压计气压示值的气压差值,hPa;∆P2在高温点,标准气压值和空盒气压表、空盒气压计气压示值的气压差20190629143901.jpg值,hPa;t1高温点的温度值,℃;t2低温点的温度值,℃。具体温度系数的数值要求范围见《JJG272-2007空盒气压表和空盒气压计检定规程》表1中的内容[3,4]。
2PID控制原理
PID控制包括定位点设置、偏差计算、比例控制、积分控制和微分控制。PID控制算法包括IND和ISA两种方式:
CVout=(Kp*Error)+(Ki*Error*dt)+(Kd*Derivative)+CVBias
CVout=Kp*(Error+(Error*dt/Ti))+(Td*Derivative)+CVBias
Derivative
dt是测量时间,Derivative是导数值,可以为(当前误差-以前误差)/dt,也可以配置为(当前测量值-以前测量值)/dt,Ti是积分时间,Td是微分时间。K是按PVstep/Cvstep计算开环增益。Kp是比例增益,非常终反馈给系统的错误值的数量。Ki是积分增益,时间越快,积分部分的增益就越大。Kd是导数增益,表示有多少变化率反馈给系统。SP是设定点,为需要达到和维护的值。PV是过程变量,为过程的测量输出的压力值。CV是控制变量,将PID函数应用于控制过程的结果,而这个值包含比例、积分、微分和偏置的分量[5]。
IND方式采用标准PID算法,调节效果更精确,适用于专家级或精度要求严格的项目。而ISA方式调节简单、快速,但精度效果一般,适用于初级应用或精度要求一般的项目。在一些典型的工业过程控制中,往往需要控制一个过程参数,如温度或压力值,可以应用开环控制。
在这样的系统中,控制器接收来自用户的设定值。然控制过程图后控制器生成一个值再发送,称为控制变量。而所需的参数是流程变量,它根据流程控制器发送的值进行更改。流程控制器无法确定流程是否实际生成了正确的流程变量[6]。
在要求响应速度的许多情况下,这就足够了。但这些假设往往是不正确或不准确的。大多数过程控制系统使用闭环反馈,也做闭环系统。动作的控制器称为比例控制器。实际上,误差实际上是全范围误差的一部分(通常用百分比表示)。控制过程需要更长的时间,但是完全控制失”导致的锅炉MFT。经分析,C煤粉层未投用、燃气层未投用,点火记忆这3个条件都输出为“1”。锅炉在运行过程中仅有A、B磨煤机运行,即A、B两层煤粉层投用,在图11锅炉燃料丧失逻辑中输出为“0”。
查A煤层和B煤层运行过程中的8个火检信号的历史趋势。在同一时刻,两个煤层各有两个火检信号消失,即不满足图9中煤层火检有火(4取3)条件,即A煤层和B煤层未投用,即满足图11锅炉燃料丧失逻辑。因此,导致MFT,锅炉停止运行。
5.2火检信号联锁变更过
由5.1节的事故原因分析可知,锅炉MFT主要原因是投用的A、B两煤层中,各有两个火检信号丢失,判断火检信号(4取2)无火,即煤层不能投用。与火检信号参与“磨机跳闸”逻辑中,火检信号(4取3)无火的逻辑冲突,即整体逻辑不严密,存在漏洞。
在FSSS中,“锅炉燃料丧失”与“全炉膛灭火”都使用了火检信号,属于重复使用。
因此,将“煤层投用”逻辑中的火检判断条件取消,即可以保证锅炉更加平稳运行。
6火检探头维护
由上述文章阐述可知,火检信号是FSSS的判断条件之一。火焰检测器的探头安装在锅炉炉膛内,处于1000℃以上的辐射热中,火检探头较容易损坏。因此,需要工艺控制人员与仪表维护人员共同努力保证火焰检测器输出信号的准确性。
6.1工艺控制
火检冷却风机运行,不断提供冷却风给火检探头降温,是保证火检探头寿命和准确度的措施之一。特别注意的是:在锅炉开车之前火检风机必须运行;锅炉停车之后,火检风机运行直至炉膛温度降至常温。
6.2仪表维护
锅炉在运行过程中,若是发现火检信号不稳定,仪表人员切除火检信号参与的控制后,拆卸火检探头,清洗光学镜头组,使火检探头更准确地聚焦火焰信号。当锅炉停车后,若火检风机故障,可拆除火检探头避免高温辐射热损坏火检探头。
7小结
本文对火焰检测器的结构、原理进行介绍说明,对火焰检测器在天盈石化锅炉上的应用和维护从各个方面进行阐述,并描述具体事故,分析说明锅炉稳定运行的关键是火检信号参与FSSS控制逻辑的严密性和火焰检测器信号输出的准确性。本文关于火焰检测器在锅炉上的使用及维护具有一定的指导意义。
 
 
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