用于稳定液位控制的冗余式雷达液位计数据采集方法的研究

在工业生产中，雷达液位计被**应用于各种复杂环境，常用于直接测量或控制系统作为反馈值测量。如果液位计发生故障，将导致测量失准而导致事故发生。冗余式液位计方法的引入可以很大程度上解决此类问题，该方法的研究对于稳定液位控制以及生产的安全性和连续性有着重要的意义。

　　1引言
　　目前，工业系统常用的液位计按工作原理主要分为直读式、静压液位计、浮力式液位计、电气式液位计、声学液位计及雷达液位计，各种类型的液位计应用于不同的行业，特别是在油气集输储运系统中，石油、天然气与伴生污水要在各种生产设备和罐器中分离、存储与处理，物位的测量与控制，对于保证正常生产和设备安全是至关重要的，否则会产生重大的事故。在工业自动控制系统中，液位计将液位信号通过各种方式转化为直流电压或电流信号，终被模拟量输入模块识别接收，作为测量显示值或反馈量进入闭环控制系统参与自动控制，传统的取值方式为单个设备取值，在闭环控制系统如果计量设备发生故障将导致所控制设备失控而发生事故，而通过二进一出模拟量数据采集方法运用于冗余式液位计数据采集及控制方法的引入解决了这一问题。
　　2背景介绍
　　酒钢选矿精矿脱水工序采用国内冶金行业*次引入的GPJ－120加压盘式过滤机，自动控制系统为罗克韦尔compacteLogix系列产品，储浆槽液位的稳定控制是提高加压过滤机运转率的重要指标。由于工况条件发生变化(原设计介质为精煤，现浓度为60%铁精矿)，储浆槽液位控制经常发生失准现象，储浆槽雷达液位计是由E+H的FM151型导波式雷达液位计来测量液位的，利用液位测量反馈值控制入料泵变频器频率，以此达到储浆槽内液位稳定的目的。之所以选用此液位计是因为加压过滤机在工作状态下是密闭和真空环境，对液位计有着较高的环境要求。该液位计的优点在于可以用于真空，还可以用于大100bar的过压，对电导率为100μS/cm或更高的介质，不需要标定。然而，在实际应用中由于液位计回波失真而导致的液位失控的事故经常发生，给生产的连续性造成了很大的影响。为了解决上述问题，引入了一种用于稳定液位控制的冗余式液位计数据采集方法，此方法对于提高类似加压过滤机复杂环境下的液位稳定性有着重要意义，在其它特殊环境液位自动控制有着重要的指导意义。


　　3故障的原因及解决的方法

　　3．1故障产生的原因
　　自投入生产以来，前期储浆槽液位计运行过程中出现的主要问题为液位计入液部位(导波杆)挂浆较多影响液位的测量，需要周期性清理。加压过滤机从开始启机到运转正常过程中液位落差很大(一般为300～680mm之间)，启机时需要手动将液位打到360mm以上才能转入正常运行状态，由于受环境限制只能选用FM151型的液位计，该雷达液位计有效测量高度为L=800mm，屏蔽段长度L3=100mm，安装不能太高或太低，太低会导致液位计表头淹没进水或出现回波失真现象，太高会导致低液位无法精确测量和液位计无法安装的现象存在。另外，液位计测量经常发生失准现象，此种情况和工况条件也有一定关系，由于加压过滤机内相对湿度大，且运行时舱内压力变化很大，液位计安装位置过低会导致液位测量进入盲区范围的现象存在［4］。单个液位计测量取值，对雷达液位计的依靠太大，由于该加压过滤机储浆槽较小，入料泵单位时间内打入的矿浆很多，一旦发生故障后无可靠的备用设备可供参考修正，导致加压过滤机液位控制进入失控状态，对系统的稳定性影响很大，这也是导致故障频发影响生产的重要因素［5］。

　　3．2新方法可行性分析
　　通过对雷达液位计性能参数分析，FM151型液位计为输出两线制4～20mA信号，测量值正常情况响应时间为t≤0．3s，SIL操作模式下t≤0．5s，如下图1所示。另外，通过对二进一出模拟量采集系统模拟量输入模块采样时间分析和模拟量输入模块数字滤波功能分析，完全可以达到工况液位调节的时间要求和采样要求，因此对采样和数据通讯无任何影响［6］。况且罗克韦尔系统模拟量输入模块有速率报警功能，当两个时间间隔的传输速率差值大于设定值时会报警提示，这样保证了数据的快速传输。


　　4具体实施方法
　　4．1基本系统构成
　　在加压过滤机储浆槽使用时，只需在原有控制系统的基础上改造即可。该系统主要包括冗余液位计，二进一出模拟量采集系统，控制模块及供电系统。该方法在特殊环境效果明显，特别是针对液位波动大，环境因素相对苛刻而导致液位计故障频发的区域，改造前后液位计安装对比如图2所示。 　　4．2基本原理
　　用于稳定液位控制的冗余式液位计数据采集及控制方法在于，两个液位计安装于不同的高度，通过两进一出的模拟量采集方法将液位采集到控制系统，将液位标定一致，当检测到任意一个液位发生不确定波动时，通过比较算法自动切换到另一个液位计比较计算，如果正常的液位突然波动则取值自动调节，如果是液位计故障导致的突然波动，通过报警提醒操作人员手动切换到另一雷达液位计进入反馈调节状态，在同一系统中相互标定，当检测到液位波动时报警提示并自动脱离故障设备，这样既保护了故障液位计不被溢出矿浆损坏，又保证了设备运行的连续性和稳定性，节省了故障处理时间，正常情况下由A液位计反馈值控制，当系统检测到A液位计液位异常波动时，通过控制程序进行上位画面报警提示并自动切换至B液位计投入反馈控制液位。可通过两个不同的模拟量输入通道进行数据采集，在下位程序中再进行不同方法控制，以期实现不同工艺要求的控制。

　　4．3该方法实施的优势
　　通过该方法的实施，有效解决了运转时出现雷达液位计回波失真而导致的矿浆外溢的生产事故，能够通过手动或自动解决液位计读数失准的问题，避免了液位计故障停机时间，有效提高了生产连续性。其次，该方法可运用于复杂环境液位计失准的环境，也可以用不同工作原理［7］，甚至不同型号的液位计进行相互冗余标定［8］。以此来消除不同环境下液位计选型的难点。

　　5结语
　　随着自动化系统的不断升级，生产设备连续性和密集性越来越高，在关键部位的关键设备出现问题后往往导致整个生产线停滞，从而影响了生产运行成本，这也成为制约企业发展的重要障碍，本文通过实际问题的排查分析，结合相关设备理论研究试验，准确实现数据采集，对于自动控制系统液位稳定控制有着重要的借鉴意义。


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