用于穩定液位控制的冗余式雷達液位計數據采集方法的研究

在工業生產中，雷達液位計被**應用于各種復雜環境，常用于直接測量或控制系統作為反饋值測量。如果液位計發生故障，將導致測量失準而導致事故發生。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定液位控制以及生產的安全性和連續性有著重要的意義。

　　1引言
　　目前，工業系統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，特別是在油氣集輸儲運系統中，石油、天然氣與伴生污水要在各種生產設備和罐器中分離、存儲與處理，物位的測量與控制，對于保證正常生產和設備安全是至關重要的，否則會產生重大的事故。在工業自動控制系統中，液位計將液位信號通過各種方式轉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控制系統參與自動控制，傳統的取值方式為單個設備取值，在閉環控制系統如果計量設備發生故障將導致所控制設備失控而發生事故，而通過二進一出模擬量數據采集方法運用于冗余式液位計數據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冶金行業*次引入的GPJ－120加壓盤式過濾機，自動控制系統為羅克韋爾compacteLogix系列產品，儲漿槽液位的穩定控制是提高加壓過濾機運轉率的重要指標。由于工況條件發生變化(原設計介質為精煤，現濃度為60%鐵精礦)，儲漿槽液位控制經常發生失準現象，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，以此達到儲漿槽內液位穩定的目的。之所以選用此液位計是因為加壓過濾機在工作狀態下是密閉和真空環境，對液位計有著較高的環境要求。該液位計的優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，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常發生，給生產的連續性造成了很大的影響。為了解決上述問題，引入了一種用于穩定液位控制的冗余式液位計數據采集方法，此方法對于提高類似加壓過濾機復雜環境下的液位穩定性有著重要意義，在其它特殊環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故障產生的原因
　　自投入生產以來，前期儲漿槽液位計運行過程中出現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以上才能轉入正常運行狀態，由于受環境限制只能選用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回波失真現象，太高會導致低液位無法精確測量和液位計無法安裝的現象存在。另外，液位計測量經常發生失準現象，此種情況和工況條件也有一定關系，由于加壓過濾機內相對濕度大，且運行時艙內壓力變化很大，液位計安裝位置過低會導致液位測量進入盲區范圍的現象存在［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，入料泵單位時間內打入的礦漿很多，一旦發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，對系統的穩定性影響很大，這也是導致故障頻發影響生產的重要因素［5］。

　　3．2新方法可行性分析
　　通過對雷達液位計性能參數分析，FM151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模擬量輸入模塊采樣時間分析和模擬量輸入模塊數字濾波功能分析，完全可以達到工況液位調節的時間要求和采樣要求，因此對采樣和數據通訊無任何影響［6］。況且羅克韋爾系統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，這樣保證了數據的快速傳輸。


　　4具體實施方法
　　4．1基本系統構成
　　在加壓過濾機儲漿槽使用時，只需在原有控制系統的基礎上改造即可。該系統主要包括冗余液位計，二進一出模擬量采集系統，控制模塊及供電系統。該方法在特殊環境效果明顯，特別是針對液位波動大，環境因素相對苛刻而導致液位計故障頻發的區域，改造前后液位計安裝對比如圖2所示。 　　4．2基本原理
　　用于穩定液位控制的冗余式液位計數據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，將液位標定一致，當檢測到任意一個液位發生不確定波動時，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節，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節狀態，在同一系統中相互標定，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性和穩定性，節省了故障處理時間，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據采集，在下位程序中再進行不同方法控制，以期實現不同工藝要求的控制。

　　4．3該方法實施的優勢
　　通過該方法的實施，有效解決了運轉時出現雷達液位計回波失真而導致的礦漿外溢的生產事故，能夠通過手動或自動解決液位計讀數失準的問題，避免了液位計故障停機時間，有效提高了生產連續性。其次，該方法可運用于復雜環境液位計失準的環境，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］。以此來消除不同環境下液位計選型的難點。

　　5結語
　　隨著自動化系統的不斷升級，生產設備連續性和密集性越來越高，在關鍵部位的關鍵設備出現問題后往往導致整個生產線停滯，從而影響了生產運行成本，這也成為制約企業發展的重要障礙，本文通過實際問題的排查分析，結合相關設備理論研究試驗，準確實現數據采集，對于自動控制系統液位穩定控制有著重要的借鑒意義。


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