通过磁翻板液位计(变送器)提高重点装置液位测量可靠性的应用

石化行业的生产过程之中，对于液位的监测与控制是一项极其重要的工作内容，无论是对于生产效率，产品质量，乃至涉及到到系统的重大安全风险都是无法忽视的，因此就需要对于自动化控制系统中彩信的液位数据要求有高的可靠性。本文即针对于磁翻板液位计(变送器)等现场液位仪表在生产过程中出现的诸如失真，造成DCS系统控制失灵的故障，提出可靠的报警解决办法。
 
1引言
石油、化工生产系统中，有的装置中液位控制极为重要，有时牵涉系统的重大安全风险问题，它要求自动控制系统中采集的液位信息具有高可靠性。例如，油田联合站液化气生产制冷系统中丙烷中间分离器，该液位控制属于高风险的环节，正常情况下分离器功能是：分离器顶部气相进入丙烷制冷压缩机二级入口，液相进入丙烷蒸发器，见图1。如果液位失控，高液位会导致丙烷进入压缩机，直接威胁制冷压缩机的安全，低液位会造成丙烷蒸发器液位低，影响整个制冷系统的效果。只有保证液位信息真实可靠，DCS控制系统方能正确运行，才能有效地保障生产和安全。实际生产中，测量信号受振动、冻堵、脏堵、电路故障等影响，时常出现“假液位”现象。本文针对液位变送器在生产过程中出现的失真，造成DCS系统控制失灵的问题，提出可靠的报警解决办法（基于欧陆2500组成的DCS系统）。
 


2提高装置液位测量可靠性的软硬件设施
DCS系统由上位机、下位机、测量变送器、调节器（阀）以及各种驱动、操作系统等组成。下位机和液位变送器的工作原理简述如下：
 
2.1欧陆2500智能远程I/O控制器
欧陆2500控制器组成的DCS系统下位机，精度高，性能好，能提供实用的控制功能。2500I/O控制模件通过Modbus或Profibus协议与上位机进行通讯，用于信号调节、监视报警以及远程数据采集。2500I/O控制模件有高稳定性的PID功能块，可以支持构成强大的控制策略的能力。在Windows操作系统下，使用组态软件包"iTools"用以2500的组态。"iTools"可设置分配I/O点；设置PID功能块、Toolkit功能块；互连不同变量、报警、功能块等。其中Toolkit功能块可支持就地的数学、逻辑运算。
 
2.2电动浮筒液位计变送器和磁翻板液位计(变送器)
2.2.1电动浮筒液位变送器
变送器是基于阿基米德定律及力平衡原理工作的。相当于被测液面高度的浮筒悬挂在下杠杆端部，液位上升时，浮筒沉浸在液体中，并受到阿基米德定律向上的浮力作用。其浮力F等于：
F=1/4πD2·H·ρ
式中：D：浮筒外径
H：液位高度
Ρ：介质密度
当液位上升时，浮筒失去自重，支承点杠杆力发生变化，通过称重传感器测得浮筒浮力的大小，即可得到液面的高度。经转换，输出与液位高度成比例的4～20mA.DC标准信号。远传至控制室，实现远程液位显示或工艺流程的控制。
 
2.2.2磁翻板液位计(变送器)
浮子液位变送器是采用磁耦合原理，将磁开关信号转化成电阻线性变化。浮子液位变送器是由液位传感器和电流转换器两部分组成，浮子与液位同步变化，控制磁开关吸合或断开，从而使传感器内电阻呈线性变化，再将电阻变化转化成4～20mADC标准电流信号输出，实现液位的远传测量与控制。
 
3设计思想
采用两套液位变送器进行测量，其中采用电动浮筒液位变送器的数据，参与构成PID控制回路；另一套磁浮子变送器的数据，用于对电动浮筒液位变送器数据的跟踪判断。比较两数据在一定误差范围内是否相符，以识别信息的可靠性。因两种变送器测量原理不同，同时出故障的概率极小，而且同时出故障时数据大小相符的概率几乎为零。因此，该方法可有效地提高液位测量的可靠性。现以油田液化气生产过程中，制冷剂丙烷中间分离器为例，描述一下实现重点装置液位失真报警的方案(系统组成：下位机———欧陆2500智能远程控制系统；上位机———组态王监控系统)。
 
①丙烷中间分离器罐体上加装液位计
原系统是用电动浮筒液位变送器对中间分离器检测液位数据，现在在该罐体上加装一套磁翻板液位计(变送器)，与电动浮筒液位变送器等量程，安装等高度。
 
②下位机加装硬件
在DIN导轨上加装一块2500M/AI2双通道模拟输入模件；2500M/RLY4四通道继电器输出模件；WS1525A隔离配电器；4组保险端子。电路接线如图2、图3：


 
③下位机组态
组态软件包"iTools"用于2500的组态，进入iTools组态环境，对磁翻板液位计(变送器)模拟输入信号组态，完成图2的控制采集功能；
设置磁浮子液位高、低参数极限值，通过继电器输出模件，驱动声光报警器，完成图3的液位高报警和液位低报警功能；
利用Toolkit功能块支持就地的数学运算功能，设置Input1等于电动浮筒液位数据（A），Input2等于磁翻板液位计数据（B），运算A-B，高限HiLimit设50，低限LoLimit设-50，即量程的±5％。输出超限信息控制继电器输出模块，驱动声光报警器，完成图3的液位失真报警功能。设置Toolkit的界面如图4：
 


④上位机组态
进入组态王组态环境，在原有中间分离器画面上，增加柱状液面显示窗口，将磁浮子液位数据与柱状液面显示窗口进行动画连接。
将下位机的液位高报警、液位低报警和液位失真报警的参数，配置到运行系统标准报警窗口。
通过上述对原系统软、硬件的增设，就彻底解决了该分离器液位测试仪表失真问题，无论是脏堵、冻堵、机械故障、还是电路故障，只要有一个数据失真，系统会参数对照，跟踪报警。上位机和下位机都设置报警，有利于操作、监视人员及时采取措施，为安全高效生产提供可靠的保障。
 
4生产应用
液化气生产场所，高压、易燃、易爆，我们根据安全生产的需求，对两个装置的液位自动控制进行了“高可靠性”升级改造。安装调试后，运行正常，效果明显，不但满足了生产的需求，也排除了重大安全隐患。同时也为DCS自控系统中解决其他参数可靠性问题开辟了一条途径。
 
5结语
对一个装置采用两套液位计测量，其中一套测量嵌入PID自动控制环节，控制出液调节阀，另一套测量只起“监视”作用，其测量数据只与PID控制回路的液位数据做误差运算。这样的设计方案，在不改变下位机主控制回路基础上，略加组态程序，即可对增加的硬件实现有效控制和运行，上位机监控系统相应的变动也较少，整个升级改造调试极为便捷。


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