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热电偶测温技术在分散性控制系统(DCS)中的应用

发布日期:2014-10-17  来源:  作者:  浏览次数:
【导读】:【摘要】对于分散性控制系统(DCS)中热电偶测温技术得到广泛运用。在我们我们的必威网站企业中DCS得到了广泛的推广,而其中的各类输入、输出及控制等系统都得到了广泛的运用,......

【摘要】对于分散性控制系统(DCS)中热电偶测温技术得到广泛运用。在我们我们的必威网站企业中DCS得到了广泛的推广,而其中的各类输入、输出及控制等系统都得到了广泛的运用,在这其中对于热电偶测温技术的发展有着较大的发展与进步。因此热电偶测温技术的要求越来越高,对于其测温的准确性也就越高。因此在热电偶测温中冷端温度补偿是一个影响测温准确性的重的因素。

 
【引言】
    在必威网站的企业生产中,热电偶广泛运用于测量-200-1300℃范围内的测温,在我们的电厂锅炉测温用得也比较多。在改造前我们都是直接将热电偶的测量信号接入到单显表计中,对于温度补偿都是人为的进行设定,因此测量的数据不太准确,不能真实地反映出锅炉的运行状况。
    在2011-2012对我厂的控制系统进行DCS改造后,有了较为先进的控制系统,对于热电偶测温的技术也有了较大的进步。有了更为准确的测量个冷端补偿技术。对于锅炉的正常运行提供了可靠的保障。下面我们就对DCS改造前后热电偶测温技术的运用进行一个简要的分析。
 
一、改造前状况
    改造前渡市电厂两台锅炉的床温及其它燃烧区域的测温,采用K分度热电偶测温,测量信号经补偿导线接近单显表进行显示,冷端温度补偿认为进行设定。其原理如图所示

  

该测温方式在运行过程中还存在一些不足:
 (1)耗材量大,每一个测量点就需要一套表计。
 (2)测量误差大。
 (3)单显表虽然技术比较成熟但并不先进,故障率高,检修量大。
 (4)在使用中不方便,如需在显示时需增加大量的电缆及表计。
 (5)测量显示方式陈旧,占用屏柜空间面积大,测量点较多时运行人员监盘看不过来。
   为此,对于DCS改造来说淘汰老旧的测量显示方式,引进了新的技术,对于我们电厂来说是一次重大的革新。
 
二、改造方案介绍
    我厂于2011年开始对2#机组进行改造,由原来的老式陈旧的继电控制系统改为现有的先进的DCS集散控制系统,过后相继于2012年同样对1#机组进行了改造,都取得可较好的效果。
1、DCS系统的选择
    基于我们电厂整个控制系统(锅炉、汽机、电气)的及价格、DCS系统的优点综合考虑选择了和利时公司的MACSV系统。和利时公司的MACSV系统有以下特点:
●在统一的系统平台上提供管控一体化解决方案
●标准的Client/Server结构
●先进的现场总线技术
●支持OPC数据处理
●开放的网络系统、操作系统和硬件结构系统
●标准的组态软件功能
●控制系统提供方便的系统仿真、无扰下装和数据回读功能
●系统安装方便且系统的冗余功能保证了系统的高可靠性
●系统具有较大的处理、故障监视和转移功能
 
2、MACSV系统热电偶测温原理
    和利时公司的MACSV系统每个控制站内配有专用的热电偶冷端补偿模块FM192A-CC,此模块直接测量控制柜内的环境温度产生的模拟电压信号,所测温度T与所产生的模拟电压信号V成线性关系:T=100*V,与模块FM141相连,将电压信号转化成数据库中的数据点,作为热电偶模拟量输入模块的冷端温度补偿。在现场的热电偶温度测量点采用直馈式,补偿导线直接进入控制站内输入模块端,将现场的热电偶元件的冷断延伸至站内,利用站内FM192-CC模块进行冷端补偿。
 
3、热电偶测温元件(模块)的选择
   在和利时公司的MACSV系统对于热电偶测温元件我们选择了FM147A型模块。因为FM147A具有以下特点:
●FM147A模块体积小、重量轻、安装灵活。
●FM147A模块具备带电插拔功能。可在系统带电的情况下插拔本模块,不会影响模块及系统的正常运行。
●FM147A模块可以定期检测CPU工作状态及热电偶的短线情况,具有看门狗定时器电路,可以在模块异常情况下自动复位。
●FM147A模块提供了24V电源反向保护、通讯线等压保护、信号输入通道保护。
●FM147A模块支持现场热电偶信号对本模块和有关测温仪表的并接输入。
●FM147A模块可以处理-5mV-+75mV的热电偶信号和0mV-+78.125mV内的线性毫伏信号。
 
4、FM147A模块简介
    FM147A模块是智能型8路热电偶模拟量输入模块,是和利时公司采用目前世界上先进的现场总线技术而新开发的工业现场级热电偶模拟量输入模块。通过与配套的FM131A底座连接,用于处理现场热电偶来的毫伏电压和一般毫伏电压输入信号。FM147A模块是智能型的现场总线产品,是和利时公司FM系列硬件系统的I/O单元的一种。
 
5、FM147A模块原理说明
    FM147A模块通过与配套的FM131A底座连接,然后通过底座的40个端子将8路现场信号引入,在通过64针连接器进入8路双端输入型TC模拟板。输入后的热电偶信号经过滤波、电压变换,进入A/D转换电路。转换后的信号经过通道切换进入智能处理板,智能处理板根据此信号计算输入信号的值,再经过DP总线传到DP主站。
    其原理图如下:
 FM147A模块原理
 
6、现场接线方式
在现场的运用例举如下:
 
 现场接线方式
 
7、冷端温度补偿
    热电偶信号的采用,必然涉及到温度补偿的问题。在我们这次的改造采用了DCS系统内温度补偿法,他是利用FM192A-CC产生的信号作为补偿温度信号。
此方法的优点是:
●能够充分利用系统现有功能,提高系统利用率。
●减少总提补偿点数,减少工业现场的测温一次元件的安装、调试和维护的工作量。
●补偿温度值设置和修改灵活
●温度补偿准确度高
    补偿原理如下如:
 热电偶冷端补偿原理
 
 
三、热电偶测温原单显表测量与DCS改造后测量效果对比
    为了总结DCS改造热电偶测量温度是否达到了预期的效果,为此我们做了一个简单的实验来对比:实验方法就是对一只热电偶采用恒温箱(马葫芦)加热用两种方法显示其测量的温度值进行对比判断,其测量数据如下表:
单显表(老式)测量数据和DCS测量数据
 
 
由表一和表二明显可以看出老式的单显表测量方法测量出的温度值误差较大,而DCS改造后的测量数据误差较小,由此可以证明带有冷端补偿的DCS测量温度的准确度相当高,改造取得了较好的效果。
 
四、结论
    对于此次DCS改造取得了较好的效果,整个控制系统(锅炉、汽机、电气)都改造的相当成功。
    对于我所分析的热电偶测温技术来说也是相当的完美,因为在锅炉的运行温度监测点都是在采用的热电偶测温来监视过路运行工况,在DCS改造这样成功条件下位我们的锅炉的安全运行提供了保障,因为这套系统能够跟准确的测量出锅炉内部的运行温度,让运行人员能够更清楚的了解到锅炉的运行工况,在不稳定运行时能够及时的根据准确的参数做出判断,及时调整锅炉的运行。保障锅炉安全运行。

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