壓力變送器在電動(dòng)減壓閥控制原理

在工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)達(dá)的今天，壓力變送器在工業(yè)控制系統(tǒng)中扮演著重要的角色，不僅實(shí)現(xiàn)了控制畫(huà)面上顯示系統(tǒng)的壓力，而且也參與重要的邏輯計(jì)算和參數(shù)報(bào)警功能。本系列蒸汽減壓閥執(zhí)行器被用作調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，調(diào)節(jié)閥本身所要求的各種動(dòng)作變換功能以及閥開(kāi)度信號(hào)功能和手動(dòng)功能。壓力調(diào)壓閥采用電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥（或防爆型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）+溫控器+智能型壓力變送器及3芯屏蔽線等附件組成，具有高控制精度,可達(dá)±0.2%的控制精度，調(diào)節(jié)性能及控制精度遠(yuǎn)超過(guò)常規(guī)自力式（蒸汽）減壓閥。

對(duì)于壓力變送器在工業(yè)控制中的設(shè)計(jì)和使用不外乎兩種方式：一種內(nèi)供電模式，即控制系統(tǒng)要給壓力變送器提供24VDC電源，同時(shí)也接受壓力變送器供給它的4～20mADC信號(hào)；另一種是外供電模式，即控制系統(tǒng)不需要變送器提供24VDC電源給它，控制系統(tǒng)只接受壓力變送器給它的4～20mADC信號(hào)。種內(nèi)供電模式通常設(shè)計(jì)為兩線制方式，是大家最熟悉，使用頻率的一種模式。第二種方式我們使用的相對(duì)較少，大部分同志不太熟悉，而且本文提到的壓力變送器的妙用 是基于第二種用法基礎(chǔ)上再加上筆者個(gè)人試驗(yàn)并成功運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)之談，希望給同行朋友們帶 來(lái)裨益，同時(shí)也起到拋磚引玉的功效。

一、壓力變送器在電動(dòng)減壓閥控制原理工藝介紹
控制系統(tǒng)采用全廠一體化DCS控制系統(tǒng)（機(jī)、爐、 電、輔機(jī)及廠外附屬系統(tǒng)），堪稱(chēng)真正意義上主、輔一體化控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用和利時(shí)MACSV系統(tǒng)。由于在設(shè)計(jì)初期考慮失誤，忘記將生活水變頻器的控制系統(tǒng)納入輔網(wǎng)DCS控制系統(tǒng)，后用而在輔網(wǎng)DCS上實(shí)現(xiàn)了按設(shè)備控制的功能(將生活水變頻器控制系統(tǒng)按照設(shè)備進(jìn)行控制)，即DCS只負(fù)責(zé)對(duì)生活水變頻器的啟、?？刂疲渌δ?由PLC按照自己的內(nèi)部邏輯進(jìn)行控制。DCS與PLC之間通過(guò)6對(duì)（變頻器啟動(dòng)指令DO,變頻器停止指令DO,變頻器運(yùn)行狀態(tài)DI, 變頻器停止?fàn)顟B(tài)DI，變頻器故障DI，變頻器遠(yuǎn)方/就地狀態(tài)DI）硬接線聯(lián)系起來(lái)，完成對(duì)生活用水變頻的控制。

生活水變頻控制采用一拖二方式（一臺(tái)變頻器同時(shí)帶兩臺(tái)生活水泵），通過(guò)泵的出口母管壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)泵的工頻/變頻切換，正常工作時(shí)一臺(tái)泵運(yùn)行以滿(mǎn)足生活用水，保持供水母管壓力維持在0.4MPa左右，當(dāng)用水量增大時(shí)，母管壓力降低，運(yùn)行泵的頻率逐漸增加，當(dāng)達(dá)到工頻后仍不能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求時(shí)，該泵將保持工頻運(yùn)行，同時(shí)另一臺(tái)泵啟動(dòng)，且頻率逐漸增大以維持系統(tǒng)壓力，當(dāng)穩(wěn)定后系統(tǒng)將按照一臺(tái)工頻，一臺(tái)變頻運(yùn)行。如果用水量下降，先停掉變頻運(yùn)行的泵，工頻運(yùn)行的泵由工頻轉(zhuǎn)向變頻運(yùn)行，使出口母管壓力穩(wěn)定在0.4MPa左右。通過(guò)上述說(shuō)明可知，母管出口壓力對(duì)整套系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵性的作用。但是，我們的系統(tǒng)是按照無(wú)人值守方式設(shè)置，在控制室的值班員是根本不知道就地設(shè)備的運(yùn)行情況 的。如何用簡(jiǎn)潔的方法讓值班員一目了然得知就地設(shè)備的運(yùn)行情況是我們面臨的問(wèn)題。

二、壓力變送器在電動(dòng)減壓閥控制原理設(shè)計(jì)系統(tǒng)
經(jīng)過(guò)反復(fù)琢磨、大膽試驗(yàn)，終于用最少的設(shè)備、*化的方法實(shí)現(xiàn)了上述面臨的困難。母管壓力是變頻器控制系統(tǒng)（PLC）的核心，必須保證其主導(dǎo)地位，故將出口母管壓力變送器設(shè)計(jì)在PLC控制系統(tǒng)中，由PLC提供24VDC電源，同時(shí)也接受變送器供給它的4～20mADC信號(hào)（內(nèi)供電兩線制工作模式）。同時(shí)將該壓力變送器的4～20mADC信號(hào)引入DCS系統(tǒng)，作為供水系統(tǒng)壓力監(jiān)視點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了在DCS畫(huà)面上監(jiān)視功能，做到了一臺(tái)壓力變送器在兩個(gè)系統(tǒng)（PLC系統(tǒng) 、DCS系統(tǒng)）中同時(shí)使用的創(chuàng)舉。同時(shí)又用了RS485通訊方式實(shí)現(xiàn)了PLC與DCS系統(tǒng)通訊功能，只監(jiān)視泵的運(yùn)行情況（工頻/變頻運(yùn)行，一臺(tái)泵運(yùn)行或兩臺(tái)泵運(yùn)行），同時(shí)操作員在控制室通過(guò)監(jiān)視供水壓力，得知泵的實(shí)際情況，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。接線原理圖如下：
該閥的特點(diǎn)只需普通220V電源，利用被調(diào)介質(zhì)自身能量，直接對(duì)蒸汽、熱氣、熱油與氣體等介質(zhì)的壓力（溫度）實(shí)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制，亦可使用在防止對(duì)過(guò)熱或熱交換場(chǎng)合。 

1.執(zhí)行器設(shè)計(jì)有伺服系統(tǒng)（無(wú)需另配伺服放大器），只需接入D C4 ~ 20m A （或DC1~5V）信號(hào)和對(duì)應(yīng)的電源即可工作。內(nèi)設(shè)接線端子，接線為簡(jiǎn)單方便。2.執(zhí)行器的關(guān)鍵部件 — 控制器，采用混合集成電路，用樹(shù)脂密封澆鑄, 外形為匣狀，體積小，可靠。
3.驅(qū)動(dòng)量的反饋檢測(cè)采用導(dǎo)電塑料電位器。
4.具備自診斷功能，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，控制器上的指示燈會(huì)立即發(fā)出指示信號(hào)。
5.用狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)可以設(shè)定斷信號(hào)時(shí)，（閥芯處于全開(kāi)，全閉或自鎖狀態(tài)。）
6.用狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)可以設(shè)定（正、反動(dòng)作。）
7.用狀態(tài)選擇開(kāi)關(guān)可以設(shè)定輸入信號(hào)為（DC4~20m A或DC1~5V 。）
8.調(diào)整工作零點(diǎn)（始點(diǎn)）和行程（終點(diǎn)）簡(jiǎn)單易行。
9.當(dāng)突然斷電時(shí)，能確保閥芯自鎖。
10.采用同步皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，有效降低了噪音。
11.延時(shí)保護(hù)功能，額定負(fù)載時(shí)，能實(shí)行狀態(tài)自鎖，故障發(fā)生時(shí)，能立即起動(dòng)保護(hù)，并可反向運(yùn)行取消延時(shí)保護(hù)。

三、壓力變送器在電動(dòng)減壓閥控制原理實(shí)現(xiàn)原理
PLC系統(tǒng)提供24VDC電源，同時(shí)接受變送器供給它的4～20mADC信號(hào)作為控制變頻水泵運(yùn)行的信號(hào)，同時(shí)整個(gè)回路的4～20mADC信號(hào)也送往DCS作為壓力源，監(jiān)視泵的實(shí)際運(yùn)行情況。對(duì)DCS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，接受4～20mADC信號(hào)，相當(dāng)于自身的外供電模式工作。綜合起來(lái)看，上述系統(tǒng)相當(dāng)于PLC作為供電電源，壓力變送器和DCS相當(dāng)于兩個(gè)電阻的串聯(lián)，整個(gè)回路電阻相當(dāng)于增大，而回路的電流有所減小。但經(jīng)過(guò)我的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與計(jì)算，變送器的供電電壓*其要求，整個(gè)回路電流減小后，使經(jīng)過(guò)PLC與DCS的電流減?。ǖ軡M(mǎn)足PLC與DCS的要求），降低卡件的發(fā)熱量，更有利于卡件的正常工作。
用以實(shí)現(xiàn)需要按照PID控制規(guī)律進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制任務(wù)用以實(shí)現(xiàn)需要按照PID控制規(guī)律進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制任務(wù)，比如溫度、壓力和流量控制等。PID功能需要模擬量輸入，以反映被控制的物理量的實(shí)際數(shù)值，稱(chēng)為反饋；而用戶(hù)設(shè)定的調(diào)節(jié)目標(biāo)值，即為給定。PID運(yùn)算的任務(wù)就是根據(jù)反饋與給定的相對(duì)差值，按照PID運(yùn)算規(guī)律計(jì)算出結(jié)果，輸出到變頻器（驅(qū)動(dòng)水泵）等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到自動(dòng)維持被控制的量跟隨給定變化的目的。

1、系統(tǒng)框圖

標(biāo)定系統(tǒng)的主要組成元件包括上位機(jī)、下位機(jī)硬件電路、壓力控制器、多用表等。上位機(jī)通過(guò)4個(gè)232串口實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)、壓力變送器、多用表和壓力控制器的通信，自動(dòng)標(biāo)定軟件系統(tǒng)安裝在上位機(jī)之后，能夠?qū)崿F(xiàn)32路壓力變送器自動(dòng)標(biāo)定。下位機(jī)硬件電路與上位機(jī)通過(guò)232串口連接，控制32路標(biāo)定通道自由切換，下位機(jī)部分的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與壓力變送器之間的通信。壓力控制器通過(guò)232串口與上位機(jī)通信，接收壓力控制信息，控制壓力變送器輸入氣壓大小。多用表通過(guò)232串口與上位機(jī)通信，接收多用表控制信息，能夠?qū)⒉杉膲毫ψ兯推鬏敵鲭娏鲾?shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)。

2、標(biāo)定原理

壓力變送器自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)提供電流輸出型壓力變送器零點(diǎn)遷移和量程遷移的數(shù)字標(biāo)定。零點(diǎn)遷移指的是當(dāng)變送器工作在工作量程的下限值時(shí)，使用某種調(diào)整手段引起壓力變送器輸出值的變化。量程遷移指的是使用某種手段引起壓力變送器電流輸出范圍的變化。壓力變送器標(biāo)定的原理是將壓力變送器在其工作量程內(nèi)輸出的標(biāo)準(zhǔn)值作為度量的尺子，測(cè)量待標(biāo)定的壓力變送器在其工作量程內(nèi)原始輸出的值，從而計(jì)算待標(biāo)定壓力變送器所需要的零點(diǎn)遷移和量程遷移的值，將計(jì)算結(jié)果寫(xiě)入壓力變送器內(nèi)部的信號(hào)調(diào)節(jié)芯片，最終實(shí)現(xiàn)待標(biāo)定壓力變送器在其工作量程內(nèi)輸入輸出曲線與壓力變送器標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出曲線一致，完成標(biāo)定。

壓力變送器根據(jù)測(cè)定的壓力反饋4-20ma.DC電流信號(hào)，在控制臺(tái)中與設(shè)定值比較，當(dāng)兩者之差達(dá)到一定數(shù)值后，控制臺(tái)向電動(dòng)調(diào)節(jié)閥發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)。而電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按此信號(hào)，使閥桿帶動(dòng)閥芯產(chǎn)生位移，改變通過(guò)調(diào)節(jié)閥的流量，直到測(cè)試點(diǎn)壓力達(dá)到要求.從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力的目的。
DCS的電流信號(hào)接線端子有四個(gè)端子，如果需要內(nèi)供電方式，則接An和Bn；如果只接受4～20mADC信號(hào)，就接Cn和Dn兩端，而我們?cè)诖酥恍鐲n與變送器的24V+相接，Dn與PLC的24V—相接即可（即將DCS的Cn和Dn串接在回路中）。DCS的接線端子原理圖如下：

四、總結(jié)
運(yùn)行情況良好。筆者覺(jué)得這種做法值得推廣。用傳統(tǒng)的方法是每個(gè)系統(tǒng)用一臺(tái)壓力變送器單獨(dú)由各自的系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)供電模式實(shí)現(xiàn)，而該方法僅用一臺(tái)壓力變送器巧妙地實(shí)現(xiàn)上述功能，而且對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化、節(jié)省投資和減少維護(hù)也是值得提倡。加上在管道上開(kāi)取樣空、焊儀表管座、儀表閥門(mén)等。