DCS中熱電偶測溫技術(shù)的運(yùn)用

【摘要】對于分散性控制系統(tǒng)（DCS）中熱電偶測溫技術(shù)得到廣泛的運(yùn)用。在我們我們的現(xiàn)代企業(yè)中DCS得到了廣泛的推廣，而其中的各類輸入、輸出及控制等系統(tǒng)都得到了廣泛的運(yùn)用，在這其中對于熱電偶測溫技術(shù)的發(fā)展有著較大的發(fā)展與進(jìn)步。因此熱電偶測溫技術(shù)的要求越來越高，對于其測溫的準(zhǔn)確性也就越高。因此在熱電偶測溫中冷端溫度補(bǔ)償是一個影響測溫準(zhǔn)確性的重的因素。

【關(guān)鍵詞】DCS系統(tǒng)；熱電偶測溫；冷端溫度補(bǔ)償

引言

在現(xiàn)代的企業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶廣泛運(yùn)用于測量-200-1300℃范圍內(nèi)的測溫，在我們的電廠鍋爐測溫用得也比較多。在改造前我們都是直接將熱電偶的測量信號接入到單顯表計(jì)中，對于溫度補(bǔ)償都是人為的進(jìn)行設(shè)定，因此測量的數(shù)據(jù)不太準(zhǔn)確，不能真實(shí)地反映出鍋爐的運(yùn)行狀況。

在2011-2012對我廠的控制系統(tǒng)進(jìn)行DCS改造后，有了較為先進(jìn)的控制系統(tǒng)，對于熱電偶測溫的技術(shù)也有了較大的進(jìn)步。有了更為準(zhǔn)確的測量個冷端補(bǔ)償技術(shù)。對于鍋爐的正常運(yùn)行提供了可靠的保障。

下面我們就對DCS改造前后熱電偶測溫技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行一個簡要的分析。

一、改造前狀況

改造前渡市電廠兩臺鍋爐的床溫及其它燃燒區(qū)域的測溫，采用K分度熱電偶測溫，測量信號經(jīng)補(bǔ)償導(dǎo)線接近單顯表進(jìn)行顯示，冷端溫度補(bǔ)償認(rèn)為進(jìn)行設(shè)定。

其原理如圖所示

該測溫方式在運(yùn)行過程中還存在一些不足：

（1）耗材量大，每一個測量點(diǎn)就需要一套表計(jì)。

（2）測量誤差大。

（3）單顯表雖然技術(shù)比較成熟但并不先進(jìn)，故障率高，檢修量大。

（4）在使用中不方便，如需在顯示時(shí)需增加大量的電纜及表計(jì)。

（5）測量顯示方式陳舊，占用屏柜空間面積大，測量點(diǎn)較多時(shí)運(yùn)行人員監(jiān)盤看不過來。

為此，對于DCS改造來說淘汰老舊的測量顯示方式，引進(jìn)了新的技術(shù)，對于我們電廠來說是一次重大的革新。

二、改造方案介紹

我廠于2011年開始對2#機(jī)組進(jìn)行改造，由原來的老式陳舊的繼電控制系統(tǒng)改為現(xiàn)有的先進(jìn)的DCS集散控制系統(tǒng)，過后相繼于2012年同樣對1#機(jī)組進(jìn)行了改造，都取得可較好的效果。

1、DCS系統(tǒng)的選擇

基于我們電廠整個控制系統(tǒng)（鍋爐、汽機(jī)、電氣）的及價(jià)格、DCS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)綜合考慮選擇了和利時(shí)公司的MACSV系統(tǒng)。

和利時(shí)公司的MACSV系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

●在統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺上提供管控一體化解決方案

●標(biāo)準(zhǔn)的Client/Server結(jié)構(gòu)

●先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)

●支持OPC數(shù)據(jù)處理

●開放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

●標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)軟件功能

●控制系統(tǒng)提供方便的系統(tǒng)仿真、無擾下裝和數(shù)據(jù)回讀功能

●系統(tǒng)安裝方便且系統(tǒng)的冗余功能保證了系統(tǒng)的高可靠性

●系統(tǒng)具有較大的處理、故障監(jiān)視和轉(zhuǎn)移功能

2、MACSV系統(tǒng)熱電偶測溫原理

和利時(shí)公司的MACSV系統(tǒng)每個控制站內(nèi)配有專用的熱電偶冷端補(bǔ)償模塊FM192A-CC，此模塊直接測量控制柜內(nèi)的環(huán)境溫度產(chǎn)生的模擬電壓信號，所測溫度T與所產(chǎn)生的模擬電壓信號V成線性關(guān)系：T=100*V，與模塊FM141相連，將電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)點(diǎn)，作為熱電偶模擬量輸入模塊的冷端溫度補(bǔ)償。

在現(xiàn)場的熱電偶溫度測量點(diǎn)采用直饋式，補(bǔ)償導(dǎo)線直接進(jìn)入控制站內(nèi)輸入模塊端，將現(xiàn)場的熱電偶元件的冷斷延伸至站內(nèi)，利用站內(nèi)FM192-CC模塊進(jìn)行冷端補(bǔ)償。

3、熱電偶測溫元件（模塊）的選擇

在和利時(shí)公司的MACSV系統(tǒng)對于熱電偶測溫元件我們選擇了FM147A型模塊。因?yàn)镕M147A具有以下特點(diǎn):

●FM147A模塊體積小、重量輕、安裝靈活。

●FM147A模塊具備帶電插拔功能?？稍谙到y(tǒng)帶電的情況下插拔本模塊，不會影響模塊及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

●FM147A模塊可以定期檢測CPU工作狀態(tài)及熱電偶的短線情況，具有看門狗定時(shí)器電路，可以在模塊異常情況下自動復(fù)位。

●FM147A模塊提供了24V電源反向保護(hù)、通訊線等壓保護(hù)、信號輸入通道保護(hù)。

●FM147A模塊支持現(xiàn)場熱電偶信號對本模塊和有關(guān)測溫儀表的并接輸入。

●FM147A模塊可以處理-5mV-+75mV的熱電偶信號和0mV-+78.125mV內(nèi)的線性毫伏信號。

4、FM147A模塊簡介

FM147A模塊是智能型8路熱電偶模擬量輸入模塊，是和利時(shí)公司采用目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)而新開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場級熱電偶模擬量輸入模塊。通過與配套的FM131A底座連接，用于處理現(xiàn)場熱電偶來的毫伏電壓和一般毫伏電壓輸入信號。FM147A模塊是智能型的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，是和利時(shí)公司FM系列硬件系統(tǒng)的I/O單元的一種。

5、FM147A模塊原理說明

FM147A模塊通過與配套的FM131A底座連接，然后通過底座的40個端子將8路現(xiàn)場信號引入，在通過64針連接器進(jìn)入8路雙端輸入型TC模擬板。輸入后的熱電偶信號經(jīng)過濾波、電壓變換，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)過通道切換進(jìn)入智能處理板，智能處理板根據(jù)此信號計(jì)算輸入信號的值，再經(jīng)過DP總線傳到DP主站。

其原理圖如下：

6、現(xiàn)場接線方式

在現(xiàn)場的運(yùn)用例舉如下：

7、冷端溫度補(bǔ)償

熱電偶信號的采用，必然涉及到溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。在我們這次的改造采用了DCS系統(tǒng)內(nèi)溫度補(bǔ)償法，他是利用FM192A-CC產(chǎn)生的信號作為補(bǔ)償溫度信號。

此方法的優(yōu)點(diǎn)是：

●能夠充分利用系統(tǒng)現(xiàn)有功能，提高系統(tǒng)利用率。

●減少總提補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)，減少工業(yè)現(xiàn)場的測溫一次元件的安裝、調(diào)試和維護(hù)的工作量。

●補(bǔ)償溫度值設(shè)置和修改靈活

●溫度補(bǔ)償準(zhǔn)確度高

補(bǔ)償原理如下如：

三、熱電偶測溫原單顯表測量與DCS改造后測量效果對比

為了總結(jié)DCS改造熱電偶測量溫度是否達(dá)到了預(yù)期的效果，為此我們做了一個簡單的實(shí)驗(yàn)來對比：實(shí)驗(yàn)方法就是對一只熱電偶采用恒溫箱（馬葫蘆）加熱用兩種方法顯示其測量的溫度值進(jìn)行對比判斷，其測量數(shù)據(jù)如下表：

表一：單顯表（老式）測量數(shù)據(jù)

額定溫度（℃）100200300400500600700800900

測量顯示溫度（℃）98.3196.5295.5394.6502.3588.7686.9784.2 882.5

誤差值（℃）-1.7-3.5-4.5-5.4-7.7-11.3-13.1-15.8-17.5

表二：DCS測量數(shù)據(jù)

額定溫度（℃）100200300400500600700800900

測量顯 示溫度（℃）100.1200.1300399.9499.8600700.1799.9899.8

誤差值（℃）0.10.10-0.1-0.200.1-0.1-0.2

由表一和表二明顯可以看出老式的單顯表測量方法測量出的溫度值誤差較大，而DCS改造后的測量數(shù)據(jù)誤差較小，由此可以證明帶有冷端補(bǔ)償?shù)腄CS測量溫度的準(zhǔn)確度相當(dāng)高，改造取得了較好的效果。

四、結(jié)論

對于此次DCS改造取得了較好的效果，整個控制系統(tǒng)（鍋爐、汽機(jī)、電氣）都改造的相當(dāng)成功。

對于我所分析的熱電偶測溫技術(shù)來說也是相當(dāng)?shù)耐昝?，因?yàn)樵阱仩t的運(yùn)行溫度監(jiān)測點(diǎn)都是在采用的熱電偶測溫來監(jiān)視過路運(yùn)行工況，在DCS改造這樣成功條件下位我們的鍋爐的安全運(yùn)行提供了保障，因?yàn)檫@套系統(tǒng)能夠跟準(zhǔn)確的測量出鍋爐內(nèi)部的運(yùn)行溫度，讓運(yùn)行人員能夠更清楚的了解到鍋爐的運(yùn)行工況，在不穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)能夠及時(shí)的根據(jù)準(zhǔn)確的參數(shù)做出判斷，及時(shí)調(diào)整鍋爐的運(yùn)行。保障鍋爐安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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