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在工業(yè)生產(chǎn)中，雷達(dá)液位計(jì)被廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜環(huán)境，常用于直接測(cè)量或控制系統(tǒng)作為反饋值測(cè)量。如果液位計(jì)發(fā)生故障，將導(dǎo)致測(cè)量失準(zhǔn)而導(dǎo)致事故發(fā)生。冗余式液位計(jì)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(duì)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(jì)按工作原理主要分為直讀式、靜壓液位計(jì)、浮力式液位計(jì)、電氣式液位計(jì)、聲學(xué)液位計(jì)及雷達(dá)液位計(jì)，各種類型的液位計(jì)應(yīng)用于不同的行業(yè)，特別是在油氣集輸儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中，石油、天然氣與伴生污水要在各種生產(chǎn)設(shè)備和罐器中分離、存儲(chǔ)與處理，物位的測(cè)量與控制，對(duì)于保證正常生產(chǎn)和設(shè)備安全是至關(guān)重要的，否則會(huì)產(chǎn)生重大的事故。在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，液位計(jì)將液位信號(hào)通過各種方式轉(zhuǎn)化為直流電壓或電流信號(hào)，終被模擬量輸入模塊識(shí)別接收，作為測(cè)量顯示值或反饋量進(jìn)入閉環(huán)控制系統(tǒng)參與自動(dòng)控制，傳統(tǒng)的取值方式為單個(gè)設(shè)備取值，在閉環(huán)控制系統(tǒng)如果計(jì)量設(shè)備發(fā)生故障將導(dǎo)致所控制設(shè)備失控而發(fā)生事故，而通過二進(jìn)一出模擬量數(shù)據(jù)采集方法運(yùn)用于冗余式液位計(jì)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(jī)，自動(dòng)控制系統(tǒng)為羅克韋爾compacteLogix系列產(chǎn)品，儲(chǔ)漿槽液位的穩(wěn)定控制是提高加壓過濾機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率的重要指標(biāo)。由于工況條件發(fā)生變化(原設(shè)計(jì)介質(zhì)為精煤，現(xiàn)濃度為60%鐵精礦)，儲(chǔ)漿槽液位控制經(jīng)常發(fā)生失準(zhǔn)現(xiàn)象，儲(chǔ)漿槽雷達(dá)液位計(jì)是由E+H的FM151型導(dǎo)波式雷達(dá)液位計(jì)來測(cè)量液位的，利用液位測(cè)量反饋值控制入料泵變頻器頻率，以此達(dá)到儲(chǔ)漿槽內(nèi)液位穩(wěn)定的目的。之所以選用此液位計(jì)是因?yàn)榧訅哼^濾機(jī)在工作狀態(tài)下是密閉和真空環(huán)境，對(duì)液位計(jì)有著較高的環(huán)境要求。該液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于可以用于真空，還可以用于大100bar的過壓，對(duì)電導(dǎo)率為100μS/cm或更高的介質(zhì)，不需要標(biāo)定。然而，在實(shí)際應(yīng)用中由于液位計(jì)回波失真而導(dǎo)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(jì)數(shù)據(jù)采集方法，此方法對(duì)于提高類似加壓過濾機(jī)復(fù)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(dòng)控制有著重要的指導(dǎo)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(chǔ)漿槽液位計(jì)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的主要問題為液位計(jì)入液部位(導(dǎo)波桿)掛漿較多影響液位的測(cè)量，需要周期性清理。加壓過濾機(jī)從開始啟機(jī)到運(yùn)轉(zhuǎn)正常過程中液位落差很大(一般為300～680mm之間)，啟機(jī)時(shí)需要手動(dòng)將液位打到360mm以上才能轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，由于受環(huán)境限制只能選用FM151型的液位計(jì)，該雷達(dá)液位計(jì)有效測(cè)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(huì)導(dǎo)致液位計(jì)表頭淹沒進(jìn)水或出現(xiàn)回波失真現(xiàn)象，太高會(huì)導(dǎo)致低液位無法測(cè)量和液位計(jì)無法安裝的現(xiàn)象存在。另外，液位計(jì)測(cè)量經(jīng)常發(fā)生失準(zhǔn)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(jī)內(nèi)相對(duì)濕度大，且運(yùn)行時(shí)艙內(nèi)壓力變化很大，液位計(jì)安裝位置過低會(huì)導(dǎo)致液位測(cè)量進(jìn)入盲區(qū)范圍的現(xiàn)象存在［4］。單個(gè)液位計(jì)測(cè)量取值，對(duì)雷達(dá)液位計(jì)的依靠太大，由于該加壓過濾機(jī)儲(chǔ)漿槽較小，入料泵單位時(shí)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(shè)備可供參考修正，導(dǎo)致加壓過濾機(jī)液位控制進(jìn)入失控狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響很大，這也是導(dǎo)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(duì)雷達(dá)液位計(jì)性能參數(shù)分析，F(xiàn)M151型液位計(jì)為輸出兩線制4～20mA信號(hào)，測(cè)量值正常情況響應(yīng)時(shí)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(duì)二進(jìn)一出模擬量采集系統(tǒng)模擬量輸入模塊采樣時(shí)間分析和模擬量輸入模塊數(shù)字濾波功能分析，*可以達(dá)到工況液位調(diào)節(jié)的時(shí)間要求和采樣要求，因此對(duì)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(bào)警功能，當(dāng)兩個(gè)時(shí)間間隔的傳輸速率差值大于設(shè)定值時(shí)會(huì)報(bào)警提示，這樣保證了數(shù)據(jù)的快速傳輸。


　　4具體實(shí)施方法
　　4．1基本系統(tǒng)構(gòu)成
　　在加壓過濾機(jī)儲(chǔ)漿槽使用時(shí)，只需在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造即可。該系統(tǒng)主要包括冗余液位計(jì)，二進(jìn)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(duì)液位波動(dòng)大，環(huán)境因素相對(duì)苛刻而導(dǎo)致液位計(jì)故障頻發(fā)的區(qū)域，改造前后液位計(jì)安裝對(duì)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(jì)數(shù)據(jù)采集及控制方法在于，兩個(gè)液位計(jì)安裝于不同的高度，通過兩進(jìn)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(biāo)定一致，當(dāng)檢測(cè)到任意一個(gè)液位發(fā)生不確定波動(dòng)時(shí)，通過比較算法自動(dòng)切換到另一個(gè)液位計(jì)比較計(jì)算，如果正常的液位突然波動(dòng)則取值自動(dòng)調(diào)節(jié)，如果是液位計(jì)故障導(dǎo)致的突然波動(dòng)，通過報(bào)警提醒操作人員手動(dòng)切換到另一雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)入反饋調(diào)節(jié)狀態(tài)，在同一系統(tǒng)中相互標(biāo)定，當(dāng)檢測(cè)到液位波動(dòng)時(shí)報(bào)警提示并自動(dòng)脫離故障設(shè)備，這樣既保護(hù)了故障液位計(jì)不被溢出礦漿損壞，又保證了設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性和穩(wěn)定性，節(jié)省了故障處理時(shí)間，正常情況下由A液位計(jì)反饋值控制，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到A液位計(jì)液位異常波動(dòng)時(shí)，通過控制程序進(jìn)行上位畫面報(bào)警提示并自動(dòng)切換至B液位計(jì)投入反饋控制液位?？赏ㄟ^兩個(gè)不同的模擬量輸入通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在下位程序中再進(jìn)行不同方法控制，以期實(shí)現(xiàn)不同工藝要求的控制。

　　4．3該方法實(shí)施的優(yōu)勢(shì)
　　通過該方法的實(shí)施，有效解決了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)雷達(dá)液位計(jì)回波失真而導(dǎo)致的礦漿外溢的生產(chǎn)事故，能夠通過手動(dòng)或自動(dòng)解決液位計(jì)讀數(shù)失準(zhǔn)的問題，避免了液位計(jì)故障停機(jī)時(shí)間，有效提高了生產(chǎn)連續(xù)性。其次，該方法可運(yùn)用于復(fù)雜環(huán)境液位計(jì)失準(zhǔn)的環(huán)境，也可以用不同工作原理［7］，甚至不同型號(hào)的液位計(jì)進(jìn)行相互冗余標(biāo)定［8］。以此來消除不同環(huán)境下液位計(jì)選型的難點(diǎn)。

　　5結(jié)語
　　隨著自動(dòng)化系統(tǒng)的不斷升級(jí)，生產(chǎn)設(shè)備連續(xù)性和密集性越來越高，在關(guān)鍵部位的關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)問題后往往導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線停滯，從而影響了生產(chǎn)運(yùn)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(shí)際問題的排查分析，結(jié)合相關(guān)設(shè)備理論研究試驗(yàn)，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)液位穩(wěn)定控制有著重要的借鑒意義。