無線儀表在真空旋轉(zhuǎn)干燥器中的應用

黃宏亮

(湖南化工醫(yī)藥設計院，長沙410021)

1 概 述

保險粉生產(chǎn)中的真空旋轉(zhuǎn)干燥器要求物料在干燥階段時必須保持負壓狀態(tài)，任何因素引起的物料急劇膨脹，都會使干燥器內(nèi)形成正壓而有爆炸的可能。由于干燥器運行時始終處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，很難采取一種有效的測量手段來保證壓力信號準確、及時地顯示和傳送。在某保險粉項目的設計中，筆者遇到了一個需要在旋轉(zhuǎn)干燥器上測量壓力的問題，其內(nèi)工藝物料為氮氣、甲醇、保險粉，工作壓力為-0.085～0.600MPa，工作溫度小于100℃，回轉(zhuǎn)速度為7～8rad/min。

2 測壓方案比較

2.1 有線壓力變送器滑環(huán)測壓

依據(jù)預熱帶窯中滑環(huán)測溫系統(tǒng)應用的經(jīng)驗，筆者用滑環(huán)來測量該旋轉(zhuǎn)干燥器的壓力，滑環(huán)測壓系統(tǒng)如圖1所示。

滑環(huán)測壓屬于直接測量，利用壓力變送器測量該設備的壓力。采用滑環(huán)測壓時，變送器的信號線兩端分別連接在2個滑環(huán)上，滑環(huán)固定在旋轉(zhuǎn)的干燥器本體右軸上，每個滑環(huán)分別與1個合金碳刷連接，合金碳刷固定在安裝支架上，通過導線連接到控制室。該種方式的缺點主要有：

1) 滑環(huán)變形和干燥器的振動會傾斜傳感器，碳刷會高頻率地跳躍，導致信號傳導不連續(xù)，造成信號丟失。

2) 預熱帶窯中滑環(huán)測溫傳輸?shù)氖呛练妷盒盘?，而目前測壓力傳輸信號為4～20mA(DC)，需要轉(zhuǎn)換。

3) 由于滑環(huán)的機械結(jié)構(gòu)，導致維護量較大，且費用高。

4) 滑環(huán)所在的環(huán)境惡劣，會造成滑環(huán)銹蝕，同時粉塵會在碳刷和滑環(huán)之間造成絕緣阻隔，導致信號失真。

5) 保險粉裝置是防爆場所，用這種方法不能做到隔爆。

由于滑環(huán)測壓不能滿足測壓要求，因此該方案行不通。

圖1 旋轉(zhuǎn)干燥器的有線壓力變送器滑環(huán)測壓方案

2.2 無線壓力變送器測壓

為了能夠及時準確地測量干燥器的壓力，提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和降低能耗，下述方案可以使用無線壓力變送器進行直接測量，將采集到的信號無線傳輸?shù)骄徒臒o線智能網(wǎng)關(guān)，無線智能網(wǎng)關(guān)由串行總線連接，以Modbus協(xié)議與DCS通信。該方案的系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 旋轉(zhuǎn)干燥器的無線壓力變送器測壓方案

智能無線壓力變送器測壓方式的優(yōu)勢：

1) 采用與有線壓力變送器相同的檢測元件，保證工藝數(shù)據(jù)來源可靠。

2) 無線網(wǎng)關(guān)主動搜索并自動調(diào)整無線網(wǎng)絡以適應無線設備的增加或減少，同時網(wǎng)關(guān)可管理并選擇數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂?，采用時間同步技術(shù)，以此保證數(shù)據(jù)傳輸實時可靠。

3) 上位機組態(tài)方便，無專用軟件，IE瀏覽器組態(tài)界面友好，人機交互性強，支持多種通信協(xié)議。

4) 無線網(wǎng)絡安裝方便，從安裝無線儀表到讀取數(shù)據(jù)只用3h。

5) 無須敷設電纜和橋架，節(jié)省安裝成本。

6) 無線設備具有自診斷功能，可以同時檢測電池電量和環(huán)境溫度。

筆者將有線壓力變送器滑環(huán)測壓、無線壓力變送器測壓兩種方案進行對比，選擇利用無線儀表對該項目的保險粉真空干燥器進行壓力測量。

3 無線儀表的選型及連接

該保險粉項目共有8個旋轉(zhuǎn)干燥器，每個干燥器上設置1個壓力測點。根據(jù)工藝參數(shù)要求，無線壓力變送器參數(shù)選擇： 壓力范圍-0.085～0.600MPa，既有真空又有表壓；根據(jù)實際工況，為了防止物料阻塞，選擇愛默生公司的DN80單法蘭壓力變送器，測量范圍為-0.1～0.9MPa；精度等級±0.065%；測量元件材質(zhì)為316L；防爆等級ExiaIICT4；防護等級IP67；輸出信號無線傳輸(帶HART)；供電方式8Ah/3.6V鋰電池(一節(jié))；選擇1臺無線智能網(wǎng)關(guān)。

3.1 無線儀表自身系統(tǒng)的連接

智能無線網(wǎng)絡由8臺無線壓力變送器和1臺無線智能網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。無線壓力變送器通過單法蘭安裝在旋轉(zhuǎn)的真空干燥器上，無線智能網(wǎng)關(guān)安裝在離這8臺變送器最近的柱子上，整個無線網(wǎng)絡系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 智能無線壓力變送器測壓系統(tǒng)

3.2 無線儀表與控制系統(tǒng)的連接

無線網(wǎng)關(guān)是無線設備和控制系統(tǒng)之間的接口，從網(wǎng)關(guān)到主機的連接可以用多種方式接入，主要有Modbus RS-485， Modbus TCP/IP或OPC。該項目的無線網(wǎng)關(guān)采用串行Modbus接入到控制系統(tǒng)中。無線網(wǎng)絡的配置相對比較簡單，分現(xiàn)場壓力變送器的配置和網(wǎng)關(guān)的配置兩個環(huán)節(jié)。

現(xiàn)場設備的配置主要是JoinKey， NetworkID及數(shù)據(jù)刷新速率等的配置，JoinKey和NetworkID分別為和無線設備通信的握手密碼和網(wǎng)絡標識，可以使用無線網(wǎng)關(guān)的默認值，數(shù)據(jù)刷新速率根據(jù)實際需要確定。這些參數(shù)的設定可以通過支持無線版本的HART375手操器進行，也可以在隨機配備的無線配置軟件中進行設置。

網(wǎng)關(guān)的配置需要從筆記本電腦登錄網(wǎng)關(guān)進行，需要注意的是直接連接筆記本電腦和網(wǎng)關(guān)需使用隨機配備的交叉網(wǎng)線，連接到無線網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)1(主網(wǎng))插口，前提是先給無線網(wǎng)關(guān)通24V(DC)的電源。網(wǎng)關(guān)的登錄地址為其IP地址，默認為http：//192.168.1.10。輸入用戶名admin和密碼default，登錄后可以根據(jù)需要修改IP地址。一般來說，無須更改IP地址，但對于將網(wǎng)關(guān)集成到現(xiàn)有以太網(wǎng)網(wǎng)絡中的，網(wǎng)關(guān)IP地址需要改到相應網(wǎng)段內(nèi)的空余IP地址。

4 安裝注意事項

4.1 無線網(wǎng)關(guān)

1) 上電次序，在任何無線現(xiàn)場設備中安裝電源模塊之前，應安裝好智能無線網(wǎng)關(guān)，并且網(wǎng)關(guān)應能正常工作。還應從距離網(wǎng)關(guān)安裝位置最近的無線現(xiàn)場設備開始對無線設備上電，保證網(wǎng)絡安裝更簡單、快捷。

2) 無線網(wǎng)關(guān)的天線應豎直布置，安裝位置應盡可能地有開闊的視野，便于建立無線連接，距離建筑的大型結(jié)構(gòu)約1m。

3) 為了實現(xiàn)最佳的無線覆蓋范圍，網(wǎng)關(guān)最好安裝在距地面5～8m的高度，或者安裝在障礙物或主要基礎結(jié)構(gòu)上方2m的高度。

4) 防爆區(qū)域必須將網(wǎng)關(guān)置于防爆箱內(nèi)，但是天線必須伸到防爆箱外。

5) 無線網(wǎng)關(guān)的電源需要把至少250mA電流容量的24V(DC)(標稱值)電源連接到電源端子。

6) 當需要加裝遠程天線時，找到遠程天線的無線性能最佳的位置，遠程天線安裝在室外，并安裝好接閃器。

4.2 無線現(xiàn)場設備

1) 在安裝電池之前確保無線網(wǎng)關(guān)已經(jīng)安裝完畢并可正常使用，無線設備在無線網(wǎng)關(guān)的有效通信范圍內(nèi)，并且將二者盡量靠近。

2) 全向天線保持豎直方向時的通信效果最好，定向天線需要調(diào)整到最佳的通信方向。

5 結(jié)束語

無線儀表相對于滑環(huán)測量方式，安裝簡單、調(diào)試方便、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、參數(shù)準確，有效解決了滑環(huán)連線易損壞的問題，大幅降低了維護的工作量，為企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗提供了有效的技術(shù)支持。

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