電氣控制在工業(yè)自動(dòng)上水系統(tǒng)中的應(yīng)用

羅明，江興剛

（懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南懷化，418000）

0 前言

對(duì)自動(dòng)上水系統(tǒng)進(jìn)行電氣控制是工業(yè)中常見的重要環(huán)節(jié)之一。自動(dòng)上水系統(tǒng)是一種利用能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換的設(shè)備，向其輸入的載體是燃料，燃料具有電能和化學(xué)能，輸出熱能，即蒸汽、高溫水或其它物質(zhì)。自動(dòng)進(jìn)水電氣控制的實(shí)現(xiàn)方便控制機(jī)器設(shè)備的進(jìn)水，也能方便控制機(jī)器設(shè)備的效益。這項(xiàng)技術(shù)很大程度上節(jié)約了人力和物力。執(zhí)行當(dāng)中要有一定的設(shè)備元件，所有的這些儀器配件都有既定的功效，是整個(gè)過程的組成部分。

1 自動(dòng)上水的主要設(shè)備元件的應(yīng)用

1.1 水位報(bào)警器的應(yīng)用

水是導(dǎo)電的，當(dāng)用兩個(gè)電極浸在水中時(shí)，兩個(gè)電極間電阻就會(huì)變小，跟據(jù)這一原理我們可以用若干個(gè)不同長(zhǎng)度的電極置于液面，當(dāng)液面逐漸增高，電極將依次導(dǎo)通。這一原理廣泛地用于設(shè)備的電子液位計(jì)，水泵控制器等。當(dāng)然其它還有很多方法，放一個(gè)既定的開關(guān)，還有放一個(gè)浮球，使其連接在一起。每當(dāng)水位上升時(shí)，浮球就會(huì)往上浮，并隨之帶動(dòng)連接的開關(guān)，從而導(dǎo)致電路開通。這是最簡(jiǎn)便的方法。另外，還可以在開關(guān)附近，用一定的方法相隔玻璃檢測(cè)液位，這種方法是考慮到水的介電指數(shù)比較大。一般來說水位自動(dòng)報(bào)警器，如果是用光線感應(yīng)的，就是照射光線下去，然后反射上來，測(cè)量高度得到。對(duì)于一些不是要求很高的，就是直接用2 個(gè)低壓電極，然后水位高低和電阻成反比，這樣得到結(jié)果。

這里所應(yīng)用的水位控制報(bào)警器是一種多功能設(shè)備，是原來的UDSK 系列示控儀經(jīng)過了升級(jí)。本儀表既應(yīng)用于水塔、水箱、水池水位的監(jiān)視、控制、報(bào)警，也應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備汽包水位顯示控制報(bào)警、蒸汽超壓連鎖保護(hù)，還應(yīng)用于污水監(jiān)控、自動(dòng)排水等液位控制。這種設(shè)備水位儀表是一種免維護(hù)型的，該儀表的功能眾多，性價(jià)比更高性能穩(wěn)定，靈敏度高，使用壽命長(zhǎng)，在整個(gè)運(yùn)作當(dāng)中執(zhí)行相對(duì)平穩(wěn)。通過它能獲得雙色系統(tǒng)水位，這是它采用了抗干擾技術(shù)和獨(dú)到的設(shè)計(jì)，并與設(shè)備水位狀態(tài)指示合二為一。這種儀表符合（GB/T 13638—92）《工業(yè)設(shè)備水位控制報(bào)警裝置》國家標(biāo)準(zhǔn)[1]。

主要技術(shù)參數(shù)如下：第一，電源電壓確保為220V/50HZ，正常功耗小于或等于1W；第二，采用無源傳感器進(jìn)行搭配，如電極式、浮球、電接點(diǎn)、干簧管、開關(guān)型等；第三，輸出開關(guān)容量MAX 為5A/220VAC，3A/380VAC；第四，傳感器動(dòng)態(tài)電壓設(shè)定為脈動(dòng)6.3V---10.3V。第五，外形尺寸為160×80×160（橫裝），開孔尺寸為152×76。

1.2 電動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)用

電動(dòng)執(zhí)行器DKZ—4100 是一種在工業(yè)自動(dòng)上水系統(tǒng)電氣控制中應(yīng)用比較多的設(shè)備，它是機(jī)電一體化的形式，它能代替人工作業(yè)，對(duì)一些設(shè)備和裝置通過控制其開關(guān)和調(diào)節(jié)器進(jìn)行自動(dòng)化操作。DKZ 電動(dòng)執(zhí)行器是一個(gè)采用二相伺服電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)的位置伺服機(jī)構(gòu)，電動(dòng)執(zhí)行器是執(zhí)行單元，隸屬于電動(dòng)單元組合儀表。一般主要由執(zhí)行器以及伺服放大器兩個(gè)設(shè)備元件構(gòu)成，是一種位置伺服機(jī)構(gòu)，它以伺服電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力[2]。當(dāng)輸入端有輸入信號(hào)時(shí)，該信號(hào)同位置反饋信號(hào)在伺服放大器的前級(jí)兩者相比較，通過放大偏差信號(hào)使伺服放大器輸出，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)輸入信號(hào)與位置反饋信號(hào)一致則停止。電動(dòng)執(zhí)行原理是這樣的：電動(dòng)執(zhí)行器以單相交流電為電源，接受來自PLC 系統(tǒng)、DCS 和其他操作器的DC4～20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)來控制執(zhí)行器進(jìn)行開關(guān)閥門或自動(dòng)調(diào)整。電子控制程序采用最先進(jìn)的混合集成電路，通常被設(shè)計(jì)成匣子模式，有著完善的保護(hù)功能，既可以現(xiàn)場(chǎng)操控也可以通過工作室遠(yuǎn)程操控。采用驅(qū)動(dòng)反饋量形式，運(yùn)用高性能導(dǎo)電塑料電位器，具有精準(zhǔn)性高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，它可與各種行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組合成性能穩(wěn)定、可靠度高的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。因此在石油化工、冶金、發(fā)電、輕工、造紙以及環(huán)保等工業(yè)中應(yīng)用廣泛，尤其在工業(yè)自動(dòng)上水系統(tǒng)中是不可或缺的元件。

1.3 差壓變送器的應(yīng)用

圖1 水位報(bào)警電路圖

差壓變送器，是一種在自動(dòng)上水中應(yīng)用比較廣的平衡檢測(cè)儀表。自動(dòng)上水系統(tǒng)中通常應(yīng)用的是智能型的變送器。它以微處理器為基礎(chǔ)，和別的計(jì)量方式不同，尤其適于企業(yè)的盤存。它既可以檢測(cè)氣體、液體以及水蒸汽的密度，還可以檢測(cè)液位和壓力[3]。

接著轉(zhuǎn)變成4～20mA 的信號(hào)輸出，包括模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)。差壓變送器的安裝和日常的維修保養(yǎng)比較簡(jiǎn)便，它的應(yīng)用不像別的元件那樣需要測(cè)算密度，除此之外，通過它讀數(shù)還直觀明了。它將一個(gè)空間用敏感元件分成兩個(gè)腔，雙方壓力使之形成位移，從而轉(zhuǎn)換成可以反映差壓大小的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。差壓變送器和監(jiān)控工作室可以只用兩根導(dǎo)線相連接，這兩根導(dǎo)線充當(dāng)信號(hào)線和電源線的雙重角色。

1.4 調(diào)節(jié)器的應(yīng)用

XMT62X 系列智能調(diào)節(jié)器用作溫度、壓力、流量、速度、閥門的PID 調(diào)節(jié)器，并可帶報(bào)警功能、變送功能、通訊功能。調(diào)節(jié)器的作用是接收差壓變送器檢測(cè)的液位信號(hào),調(diào)節(jié)器綠色光柱是自動(dòng)輸出，紅色光柱是水位計(jì)顯示的水位。把原來設(shè)置的中水位與目前的水位兩者比較，同時(shí)對(duì)其執(zhí)行PID調(diào)節(jié)，則產(chǎn)生電流信號(hào)，該電流信號(hào)屬4-20ma 的電流信號(hào)。該信號(hào)是原先設(shè)置的水位和現(xiàn)在差壓變送器測(cè)得的水位差值而形成的。要使調(diào)節(jié)器把涉及的訊息傳送到執(zhí)行操作器，其實(shí)際上水量必須符合既定需求運(yùn)行量。

2 電氣控制在工業(yè)自動(dòng)上水系統(tǒng)中的應(yīng)用原理

圖2 電動(dòng)執(zhí)行器的接線應(yīng)用圖

電氣控制在工業(yè)自動(dòng)上水系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要是利用雙室平衡容器取得差壓信號(hào)。這個(gè)雙室平衡容器由差壓變送器傳送4-20MA 的信號(hào)，它由正負(fù)壓室兩者組成，是比較精簡(jiǎn)的平衡式容器。液位計(jì)傳輸訊號(hào)，同時(shí)水位數(shù)據(jù)通過儀器即水位數(shù)顯示報(bào)警儀讀取，所有這些提供給工作室以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的水位和整體情況[4]。通過對(duì)預(yù)先設(shè)定液位和測(cè)定液位進(jìn)行綜合對(duì)比后，水位調(diào)節(jié)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合同時(shí)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，此工作可通過人工設(shè)定也可進(jìn)行自動(dòng)設(shè)定。分別輸出和輸送信號(hào)，傳輸信號(hào)至伺服操作器，正向和反向信號(hào)由伺服操作器傳送，繼而傳至電動(dòng)執(zhí)行器，最后由電動(dòng)執(zhí)行器對(duì)其調(diào)整，從而達(dá)到自動(dòng)上水的目的。

3 結(jié)束語

對(duì)工業(yè)中的機(jī)器設(shè)備自動(dòng)上水電氣控制有以下建議：比如通過計(jì)算機(jī)，將PLC 控制組成元件等，利用PLC 接收液位計(jì)儀器輸送的信號(hào)。PLC 與電腦相銜接，電腦確定好中水位值。運(yùn)行系統(tǒng)的正反轉(zhuǎn)被PLC 所操控，運(yùn)行系統(tǒng)將所在區(qū)位輸送到PLC。整個(gè)過程中全部發(fā)生的數(shù)據(jù)都能掌控并能及時(shí)匯總，從而可以去掉一些不必要的麻煩。