自動化儀表在供水調度“兩遙”系統中的應用

[摘 要]在X鋼供水調度“兩遙”系統中，自動化儀表是整個系統中ZUI關鍵的部分，直接影響系統監測數據的準確性的可靠性。文章著重介紹了自動化儀表在供水系統各水種、管網上的應用及取得的一些經驗，并簡要介紹了自動化儀表與計算機終端的配接。

[關鍵詞]自動化儀表;遙測遙信監測;應用分析

1、 問題的引入

X鋼供排水系統覆蓋了公司的各個廠區，點多、面廣、系統龐大，多水種管網分布復雜。為了加強供排水調度的管理，合理使用能源，充分發揮現有供水設備的能力，我廠采用了集自動化檢測技術、計算機技術和無線通訊技術為一體的供水調度自動化遙測遙信監測系統(簡稱“兩遙”系統。該系統共有各類終端25個，覆蓋了我廠重要的取水泵站、提升泵站及大型的水處理站，為調度人員對整個供水系統的全面監測以及突發事故的及時發現與處理提供了先進的管理手段和方法。

該調度系統的組網基本形式是星形結構，通訊是半雙工信道上，以詢問——應答方式實現。系統主要對各泵站及管網的壓力、水位、溫度、流量、水泵電壓、電流以及水泵的開、停狀態進行監測?，F共有模擬信號528個，脈沖信號51個，開關信號319個，儀表近千臺。

2、 自動化儀表的應用

2.1 選型原則

要確保系統正常運行，為生產調度提供連續、準確的工藝參數，儀表的準確檢測與正常工作是關鍵之所在，因些對所有儀表的選型均本著這兩個原則：一是滿足系統的總體設計要求儀表輸入信號為雙端浮地輸入，因此，所有壓力、水位、溫度、流量等儀表都是采用NP系列儀表，該類儀表輸出為直流信號4-20mA，不與機械零點重合便于區別停電、斷線等故障;也可以躲開晶體管特性中的非線性區與死區，利用晶體管線性區工作;由于變送器采用二線制，可減少鋪設的電纜;采用1-5V直流電壓可并聯傳輸，有公共地點便于與計算機聯接。二是要求儀表實用、可靠，性能價格比高，便于維護的原則，在關鍵部位的參數則要適當選用高質量的儀表，以滿足系統連續運行的要求。

2.2 主要儀表的特點及原理

(1) 壓力儀表

該系統共有壓力變送器190余臺，其中少部分為原有的3351型電容式壓力變送器，現在大部分儀表均采用厚膜壓力變送器。該壓力變送器測量頭有M20×1.5外螺紋壓力輸入接口，可直接在管道上測量，無需很長的導壓管。其傳感元件和電子放大器、溫度補償回路都安裝在表頭不銹鋼外殼中，能直接檢測出被測壓力而無任何可動機械部分。體積小，安裝維護方便，不會發生堵塞現象。

(2) 水位儀表

該系統有水位測量點70個，全部采用投入式液位變送器，這種變送器測量端帶不銹鋼隔離膜片，壓力腔充硅油(傳遞壓力)，防水電纜與外殼密封連接，且防水電纜中帶有能氣管，外殼采用有銹鋼焊接結構，外殼直徑為25mm，體積小，安裝、維護都很方便?，F場安裝時，由于汲水井水波動很大，為防止測量端在水中或纏繞，都是在汲水井邊固定一根DN50的鋼管，兩側打若干小孔，以便于上下提動和水能暢進入，如圖1所示。另外，考慮到工業不和軋鋼廢水中雜質多，井底淤泥厚，實際安裝時，一次測量端離井底有一段高度(圖中h0)由計算機進行修正。

(3) 溫度儀表

由于供水溫度都小于50℃，回水溫度也小于100℃，所以溫度測量儀表均采用銅電阻，這種電阻耐腐蝕，在這個溫度段測量準確，價格也較低。溫度變送器用NPWD系列。

(4) 流量儀表

本系統中使用的流量儀表主要有3種：

① 差壓流量計：由節流孔板和差壓變送器，根據力矩平衡原理，將差壓送至差壓變送器，根據力矩平衡原理，將差壓信號轉變為機械位移，經低頻位移檢測放大器進行信號放大、濾波后輸出4-20mA直流標準信號。這種儀表因其價格低、信號穩定，在我廠原水處理泵站廣泛應用，但是由于工業水中雜質多，導壓管易堵塞，每年都必須投入大量精力去疏通，日常維護量也較大，并且大多數現有的供水管道不可能完全停水安裝孔板，使得這種流量計的推廣應用受到限制。

② 電磁流量計：它是以法拉弟電磁感應定律作為測量原理。在一均勻磁場內，當導電液體沿垂直于磁場方向在管道內流過時，因切割磁力線產生感應電動勢E，如圖所示。

由法拉第電磁感應定律可知：

E = BDv (1)

由于流量是單位時間通過管道截面的流體量，即：

qv=1/4•πD2•v (2)

式中E感應電動勢;B磁感應強度;D管道內徑;v流體平均流速。

由(1)和(2)式得：

只要測出磁感應電動勢E，即可通過換算測出流量大小。

這種流量計中無可動部件和插入流體內部的阻力件，沒有附加的壓力損失，工作壽命長，儀表維護量小，但價格較高。目前我廠新建的大H型鋼、異鋼坯及棒材水處理泵站廣泛應用。

③ 超聲波流量計：這種流量計是以兩個換能器發出的超聲波在順水和逆水方向傳播的時間差來測量流量，如圖所示：

順水時超聲波傳播時間 t+ =L/( C + v );

逆水時超聲波傳播時間 t- =L/( C - v )，其中C為液體中的聲速，一般C≥1000m/s

這樣得△t= t- - t+ =2Lv/(C2-v2)

因C 》v,則△t可近似地表示為2Lv/C2或

v = 1/4•πD2v = πD2C2△t/(8L)

兩個換能器緊貼在管外壁，不與流體接觸，對管路無任何影響，在我廠幾個點使用后，效果較好，測量信號穩定，信號跟蹤性好，很值得在現有舊管道上推廣。以上這3種流量計測量準確度均為1.5級，滿足系統測量要求。

3、 儀表與計算機終端的配接

各泵站及管網的工藝檢測信號經變送器的采集、變換、放大、整形后輸出直流信號4-20mA，1-5V，由電纜接入終端機的端子板上，供計算機數據采集終端采集。

這些終端機接入的信號應是不大于5V的直流電壓信號或峰值不大于5V的脈沖信號。但是在工業現場中，由于變送器分裝在各處，有些距終端100m以上，生產現場的一些強電設備會在信號線上迭加各種干擾，這些干擾會影響測量結果的準確性。因些在終端信號輸入時采取以下措施：一是變送器與配電器相連，由配電器輸出信號接入終端，這樣通過配電器內的DC-AC-AC轉換單元為現場的二線制變送器提供了一個隔離電源，同時又將變關器輸出的標準信號轉換為電源隔離的標準輸出信號，實現變送器、二次儀表及電源之間的雙向隔離，并且可是提高信號的帶負載能力，滿足終端要求。二是在計算機輸入端設計有RC濾波電路，有效清除各類干擾。

采集到的信號經多路轉換采樣器及A/D轉換的變換，通過I/O接口讀入，處理成計算機能識別的二進制數字量，經運算，在終端上顯示，并接受中心調度機的遙測，經無線通訊將信號發回中心調度室，這一過程如圖4所示。

數據采集終端處理后的數據送回調度室后，即進入中心調度計算機。由中心調度機將遙測到的信號還原為原來定義的實際參數，計算公式為：Y = AX + B，A為轉換系數，B為修正值，X為實測值，Y為還原參數值(在中心調度計算機上顯示)。

4、 運行效果

“兩遙”系統中的近千臺儀表在整個系統的運行中發揮了重要作用，它提高了我廠的計控水平，并為我廠的進一步技術改善和逐步完善調度系統打下了良好的基礎。主要表現在以下幾個方面：

(1) 實時了解供水管網壓力，防止因管網壓力過高而引起的爆管事故，同時又減少了管網壓力過低而造成對用戶所帶來的不利影響。通過合理調配水資源，使生產運行方式進一步優化，節約能源，據統計該系統年可節電約219萬KWh。

(2) 連續監測各供水設備的運行狀況，保證設備安全可靠地工作。

(3) 由于各汲水井安裝有水位儀表，可實現水位自動控制、報警，實現補水自動化。杜絕了以往邊補水邊溢流的狀況，從而節約的水資源，同時也避免了對環境的污染。

(4) 提高調度人員應付突發事故的能力。由于各工藝關鍵點均安裝有各類檢測儀表，一旦發生事故，調度人員能及時判斷事故原因，以便立即組織搶修，避免事故擴大化。