熱工儀表中的自動(dòng)化控制及其應(yīng)用

(山西京玉發(fā)電有限責(zé)任公司,山西朔州 037200)

0 引言

伴隨技術(shù)進(jìn)步,熱工儀表的功能性有很大提升,而且熱工參數(shù)的獲取也更為準(zhǔn)確、高效,特別是熱工自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用,提高工業(yè)生產(chǎn)智能化管控水平。在生產(chǎn)運(yùn)行中,熱工儀表是不可或缺的,借助線纜通信,構(gòu)建出熱工儀表自動(dòng)控制系統(tǒng),在熱工系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制中發(fā)揮關(guān)鍵性作用,下面將就此展開(kāi)詳述。

1 熱工儀表自動(dòng)化簡(jiǎn)述

在工業(yè)生產(chǎn)中,為獲取到準(zhǔn)確的壓力、溫度、流量等設(shè)備工藝狀態(tài),通常設(shè)計(jì)有熱工儀表系統(tǒng),其包含有多種功能性表計(jì)、校驗(yàn)等裝置,如管路儀表、熱工信號(hào)校驗(yàn)儀、程控儀等,而且各裝置間由通信電纜相連,在生產(chǎn)控制中作用顯著。同時(shí),電子信息、自動(dòng)化技術(shù)與熱工儀表的融合,使其更具技術(shù)性及智能化特點(diǎn),熱工儀表功能及設(shè)計(jì)也更加精密,在進(jìn)行設(shè)備檢測(cè)及狀態(tài)識(shí)別時(shí),熱工儀表基本可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、精確、智能控制,熱工參數(shù)的獲取也更為高效、可靠,不僅可對(duì)設(shè)備及工藝異常進(jìn)行及時(shí)精準(zhǔn)反饋,而且熱工儀表還具有自適應(yīng)功能,使工況處于可控范圍。在安全、經(jīng)濟(jì)、高質(zhì)量生產(chǎn)中,熱工儀表自動(dòng)化應(yīng)用,發(fā)揮著關(guān)鍵性作用,應(yīng)予以重視。

2 熱工儀表自動(dòng)化控制功能

2.1 分散控制系統(tǒng)(DCS)

在實(shí)際應(yīng)用中,要想實(shí)現(xiàn)熱工儀表的自動(dòng)化控制,通常會(huì)設(shè)計(jì)為DCS模式。針對(duì)各生產(chǎn)工序,將其熱工儀表以計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)與控制,進(jìn)而構(gòu)建出網(wǎng)絡(luò)化的DCS控制系統(tǒng)。因其處理器是分散布置的,往往存在于熱工儀表現(xiàn)場(chǎng),較好的彌補(bǔ)集中控制下的系統(tǒng)隱患,即使有單個(gè)處理器故障,熱工儀表DCS系統(tǒng)整體仍能可靠運(yùn)行。同時(shí),通過(guò)構(gòu)建DCS系統(tǒng),可有效控制系統(tǒng)規(guī)模,減少熱工儀表通信電纜成本投入,經(jīng)濟(jì)性較好,而且還能靈活擴(kuò)展熱工儀表系統(tǒng)。

2.2 自動(dòng)控制及調(diào)節(jié)功能

在熱力系統(tǒng)中,其自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn),還需借助熱工自動(dòng)化技術(shù),而且熱力設(shè)備的溫度、壓力等參數(shù),在經(jīng)熱工儀表獲取后,還可作為系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)的輸入。以電廠熱力系統(tǒng)為例,熱工自動(dòng)控制的應(yīng)用集中在幾點(diǎn)范圍[1]:

(1)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制,在發(fā)電單元模塊中,通常汽機(jī)與鍋爐是相對(duì)應(yīng)的,要想穩(wěn)定機(jī)爐發(fā)電狀態(tài),應(yīng)對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)控,基于熱工儀表構(gòu)建起協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),可有效降低機(jī)爐狀態(tài)變化影響。(2)燃燒系統(tǒng),在機(jī)組運(yùn)行中,燃燒系統(tǒng)控制與發(fā)電功率關(guān)系密切,可通過(guò)熱工儀表自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒系統(tǒng)溫度、壓力等關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)控。(3)主汽壓力系統(tǒng),當(dāng)涉及到水溫控制時(shí),也需利用熱工儀表,并且采用模糊控制方法,能夠顯著提高主汽調(diào)節(jié)功能,對(duì)熱力系統(tǒng)運(yùn)行作用顯著。

2.3 熱工測(cè)量功能

在熱工儀表系統(tǒng)中,熱工測(cè)量是其基礎(chǔ)性功能,也是熱工自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)的根本保障,其測(cè)量對(duì)象涉及壓力、流量等多種熱工參數(shù),具體內(nèi)容[2]:

(1)流量。在進(jìn)行該類熱工儀表設(shè)計(jì)時(shí),主要是基于壓差原理,通過(guò)利用節(jié)流裝置完成對(duì)流量的測(cè)量任務(wù),能夠較好的減少流量誤差,并且還有較高的熱工參數(shù)測(cè)量精度。(2)壓力。在熱工儀表裝置中,主要是借助壓力傳感裝置,在應(yīng)變作用下,能夠準(zhǔn)確獲取熱力系統(tǒng)壓力參數(shù),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的監(jiān)測(cè)與控制。(3)溫度。這也是熱工儀表的主要測(cè)量對(duì)象,借助其內(nèi)部傳感器件,熱力系統(tǒng)中的溫度能夠以真實(shí)、精確的數(shù)據(jù)進(jìn)行呈現(xiàn)。(4)液位。在工業(yè)生產(chǎn)中液體介質(zhì)有較多應(yīng)用,而為有效監(jiān)測(cè)液位變化,通常需借助液位傳感裝置來(lái)保障熱工測(cè)量準(zhǔn)確性。

3 熱工儀表自動(dòng)化設(shè)備安裝

要想保障熱工儀表功能的穩(wěn)定性,必須要掌握其設(shè)備、表盤、管線等安裝要點(diǎn),減少安裝失誤的發(fā)生,確保熱工儀表使用安全性及功能穩(wěn)定性,具體安裝要求如下[3]:

3.1 設(shè)備和表盤安裝要點(diǎn)

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),熱工儀表的安裝要與設(shè)計(jì)相符,在明確安裝位置的基礎(chǔ)上,需就熱工系統(tǒng)整體構(gòu)造加以分析,并梳理好現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,掌握熱工儀表安裝相關(guān)設(shè)備數(shù)量及類別,還要完成熱工儀表的現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)工作,杜絕質(zhì)量、性能不達(dá)標(biāo)的儀表設(shè)施,做好安裝準(zhǔn)備工作。同時(shí),考慮熱工儀表的設(shè)計(jì)功能,需借助定值測(cè)試的手段,來(lái)分析其儀表性能可靠性,并且只有通過(guò)相關(guān)測(cè)試,相應(yīng)的儀表設(shè)備方可用于熱工系統(tǒng)安裝,這也是系統(tǒng)獲得功能穩(wěn)定性的基本要求。此外,安裝工藝的選擇,也對(duì)熱工儀表有重要影響,要知道自動(dòng)化儀表的安裝,往往對(duì)工藝合理性較為敏感,一旦出現(xiàn)接線混亂等問(wèn)題,將會(huì)降低熱工儀表使用性能,也會(huì)加大維護(hù)難度,所以須對(duì)熱工儀表設(shè)備安裝工藝可行性加以校驗(yàn),并針對(duì)性進(jìn)行改進(jìn),以保證儀表設(shè)備及表盤安裝可靠性。

3.2 管線鋪設(shè)和配線安裝

熱工儀表在安裝時(shí),要想滿足其對(duì)測(cè)量、電源供給及信號(hào)傳輸要求,需要合理安裝各類管線、配線等。而且考慮到熱工儀表管線布線較為復(fù)雜,如何準(zhǔn)確的走線、布線,關(guān)系著熱工儀表安裝效率及經(jīng)濟(jì)性,為此,應(yīng)當(dāng)做好儀表管線設(shè)計(jì)工作,需對(duì)熱力系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,分析管線鋪設(shè)方案可行性,以免因此而出現(xiàn)熱工儀表安裝返工問(wèn)題。除了環(huán)境因素外,當(dāng)涉及到熱工儀表管線、配線鋪設(shè)時(shí),還需從維護(hù)、檢查便利性考慮,合理規(guī)劃管線布局,優(yōu)化其最終呈現(xiàn)效果。而且,還要提高儀表接線工藝水準(zhǔn),使熱工儀表接線更為可靠、安全。同時(shí),考慮磁場(chǎng)干擾因素,在進(jìn)行熱工儀表安裝時(shí),不僅要做好設(shè)備本體隔離,還要在管線布設(shè)時(shí),盡可能遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的高干擾區(qū)域,確保熱工儀表性能穩(wěn)定性。

3.3 做好管路吹掃及儀表調(diào)試

在實(shí)際使用中,儀表調(diào)試往往是熱工儀表自動(dòng)化設(shè)備安裝的基礎(chǔ)性工作,可使其處于高精確的運(yùn)行狀態(tài),而且管路吹掃也是熱工儀表持續(xù)運(yùn)行的保障,為此,應(yīng)提高對(duì)調(diào)試、吹掃等安裝工序的重視。由于熱工儀表的應(yīng)用對(duì)象,往往是高溫、高壓的管道等熱力設(shè)施,所以在安裝時(shí),要在正常工作狀態(tài)下進(jìn)行儀表調(diào)試,滿足其今后使用要求。待完成儀表調(diào)試工作,還需進(jìn)行生產(chǎn)工藝分析,研究單體儀表狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,驗(yàn)證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性,使儀表更加可靠安全運(yùn)行。

3.4 熱工儀表系統(tǒng)試運(yùn)行

對(duì)于企業(yè)來(lái)講,熱工儀表自動(dòng)化控制系統(tǒng)在投運(yùn)前,還需在系統(tǒng)整體安裝的基礎(chǔ)上,充分進(jìn)行試運(yùn)行工作,以檢驗(yàn)熱工系統(tǒng)可靠性。具體操作流程如:(1)單體系統(tǒng)的檢測(cè),需保證在生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下,對(duì)熱工儀表入口參數(shù)準(zhǔn)確性加以校驗(yàn),分析其功能是否健全且精確。(2)較大容量的機(jī)組,熱工系統(tǒng)試運(yùn)行工作重點(diǎn)不僅在于關(guān)鍵性的熱工參數(shù),還需驗(yàn)證其聯(lián)動(dòng)控制功能,以免出現(xiàn)熱工儀表失控風(fēng)險(xiǎn),使熱工儀表遠(yuǎn)程控制更為可靠。(3)要注意熱工系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)試運(yùn)行,應(yīng)當(dāng)更替進(jìn)行遠(yuǎn)方與就地操作,按要求投入壓力、控制等儀表,全面檢測(cè)儀表系統(tǒng),為自動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

4 熱工儀表自動(dòng)控制應(yīng)用要求

4.1 重視設(shè)備檢修與維護(hù)

在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中,基于自動(dòng)化技術(shù)的熱工系統(tǒng),其本身需要長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行,再加上復(fù)雜、惡劣的工作條件,熱工儀表系統(tǒng)故障往往是必然的結(jié)果,要求迅速進(jìn)行故障定位,并制定熱工系統(tǒng)檢修方案,使其發(fā)揮正常的儀表及控制功能[4]。

(1)要進(jìn)行故障狀態(tài)分析,要結(jié)合化工儀表運(yùn)行數(shù)據(jù),研究對(duì)比其故障前后數(shù)據(jù)異常情況,然后在分析儀表設(shè)計(jì)圖紙及安裝記錄的基礎(chǔ)上,根據(jù)其系統(tǒng)自身定位情況,盡快的找出故障儀表,并確定基本的檢修思路。而且在運(yùn)行維護(hù)中,熱工儀表系統(tǒng)會(huì)留存大量的運(yùn)行數(shù)據(jù),可將其作為故障研判的依據(jù)。(2)要重點(diǎn)就其故障參數(shù)加以分析,在熱工儀表實(shí)際使用中,其所呈現(xiàn)出的參數(shù)曲線往往是有正常波動(dòng)范圍及變化規(guī)律的。而若監(jiān)測(cè)到有明顯的儀表參數(shù)異常,則可確定熱工儀表有故障發(fā)生。參數(shù)評(píng)定是熱工儀表故障研究的重要手段。在實(shí)際使用中,DSC儀表故障、死線等問(wèn)題也較多出現(xiàn),需要結(jié)合運(yùn)行參數(shù)及故障形式加以判別。若儀表參數(shù)波動(dòng)喪失規(guī)律性,而且無(wú)法加以控制,則較大可能出現(xiàn)工藝性故障。若負(fù)責(zé)溫度監(jiān)測(cè)的熱工儀表在參數(shù)獲取上存在滯后,需重點(diǎn)就其變送裝置、熱電阻等加以檢測(cè)。

4.2 系統(tǒng)誤動(dòng)、拒動(dòng)問(wèn)題防控

熱工儀表在長(zhǎng)期使用中,可能因DCS系統(tǒng)異?；蛘唠娎|故障而出現(xiàn)儀表誤動(dòng)、拒動(dòng)等問(wèn)題,會(huì)嚴(yán)重破壞生產(chǎn)穩(wěn)定,為此,需重視熱工系統(tǒng)誤動(dòng)、拒動(dòng)問(wèn)題防控,主要從兩方面入手:

(1)改進(jìn)DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)。經(jīng)應(yīng)用實(shí)踐可知,熱工系統(tǒng)誤動(dòng)的一大原因便是,DCS系統(tǒng)端子板在使用中出現(xiàn)保險(xiǎn)熔斷而未及時(shí)更換,所以要在DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)增添信號(hào)反饋回路,及時(shí)掌握電流異常。不僅如此,拒動(dòng)問(wèn)題也對(duì)熱工系統(tǒng)有較大危害,主要原因在于不穩(wěn)定的電流輸入信號(hào)。要想發(fā)揮熱工系統(tǒng)保護(hù)及控制功能,便要預(yù)防拒動(dòng)問(wèn)題,需改進(jìn)其電流回路,使其具備信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)功能,若有較差信號(hào)出現(xiàn),可通過(guò)信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)加以獲取,將其斷開(kāi)便不會(huì)干擾到熱工儀表動(dòng)作,系統(tǒng)拒動(dòng)問(wèn)題將得以避免。(2)加強(qiáng)電源及電纜維護(hù)。在熱工系統(tǒng)中,電源或電纜故障,也會(huì)引發(fā)誤動(dòng)問(wèn)題,為此需要加強(qiáng)其管理,要求如:1)在機(jī)柜安裝中,要控制好模件數(shù)量,盡可能僅帶單個(gè)模件,而且作為機(jī)柜而言,要結(jié)合其供電電源容量,合理配置機(jī)柜電源,以免超出容量限制。2)做好輸出電壓檢查工作,以免電源模件電壓低于限值,對(duì)于電壓不穩(wěn)定的電源模件需予以更換。3)對(duì)于電纜與電源接頭部分,因常有超溫問(wèn)題,也需作為重點(diǎn)檢查對(duì)象,如有異常需加以緊固,以免因此而導(dǎo)致熱工儀表誤動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,自動(dòng)化技術(shù)與熱工儀表的深度融合,不僅是技術(shù)發(fā)展必然結(jié)果,更是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。所以,應(yīng)重視熱工自動(dòng)化技術(shù),使其在熱力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、控制中有更好應(yīng)用效果,通過(guò)完善熱工儀表自動(dòng)化控制功能,規(guī)范熱工儀表設(shè)備安裝,掌握熱工儀表檢修、故障分析要點(diǎn),實(shí)現(xiàn)熱工系統(tǒng)效能的穩(wěn)步提升。如今,熱工儀表已呈現(xiàn)出智能化發(fā)展趨勢(shì),更多的智能儀表實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化,帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益。