楊 季 錢耀東

(天華化工機械及自動化研究設(shè)計院有限公司)

同位素儀表就地顯示操作裝置的開發(fā)

楊 季 錢耀東

(天華化工機械及自動化研究設(shè)計院有限公司)

介紹同位素儀表就地顯示操作裝置的結(jié)構(gòu)，給出程序運算公式、數(shù)據(jù)修正方法和各參數(shù)設(shè)置步驟。實際應(yīng)用結(jié)果表明：通過就地顯示操作裝置可以就近觀察儀表測量狀態(tài)和運行參數(shù)，通過觸摸顯示屏可以對儀表參數(shù)進行讀、寫操作。

同位素儀表 就地顯示操作裝置 數(shù)據(jù)修正 HART通信

同位素儀表依據(jù)射線穿過物質(zhì)時的衰減原理進行測量[1]，因具有非接觸式測量的優(yōu)點，在化工、石油、電力、冶金、煤炭及礦山等眾多工業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。同位素儀表作為特種儀表，使用和操作有其獨有的特點。傳統(tǒng)的同位素儀表由放射源、探測器和二次表組成，放射源和探測器安裝在被測設(shè)備兩側(cè)，二次表安裝于控制室內(nèi)，二次表通過專用電纜給探測器供電。

近年來，同位素儀表正朝著探測器和二次表一體化的方向發(fā)展，即控制室不留二次表安裝位置。儀表只輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號給DCS。儀表校驗、標(biāo)定等操作通過HART手操器實現(xiàn)。但這種操作只是臨時性的，手操器操作完成后，DCS上只能看到被測主變量，而無法觀察其他儀表參數(shù)。工業(yè)同位素儀表作為重要的在線檢測儀表，測量的都是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)，有些現(xiàn)場要求必須即時顯示各儀表參數(shù)，并進行儀表數(shù)據(jù)的讀、寫操作。然而，目前我國同位素新型一體化儀表中，尚未有即時顯示、操作單元。

針對上述情況，筆者設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、功能較完備的同位素儀表就地顯示操作裝置[2]，作為標(biāo)準(zhǔn)選配單元裝配在探測器測量現(xiàn)場附近，即時顯示測量參數(shù)，解決工業(yè)同位素儀表的現(xiàn)場數(shù)據(jù)讀、寫操作問題。

1 裝置結(jié)構(gòu)

同位素儀表就地顯示操作裝置的安裝示意圖如圖1所示。

圖1 同位素儀表就地顯示操作裝置安裝示意圖

該裝置主要由儀表殼體、顯示屏及電路板等組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 就地顯示操作裝置結(jié)構(gòu)

將硬件、軟件電子電路集成于電路板上。顯示屏為觸摸屏，既能顯示儀表測量和校驗的所有參數(shù)，又能通過觸摸操作，實現(xiàn)對同位素儀表參數(shù)的調(diào)閱和數(shù)據(jù)的讀、寫[3]功能。

該裝置具有兩種通信方式：在探測器附近進行近距離操作時，采用RS485通信方式；在控制室等進行遠距離操作時，使用HART方式和探測器通信方式[4]。

儀表后蓋上有導(dǎo)軌安裝支架，可以將儀表盒固定在現(xiàn)場或儀表柜里的安裝導(dǎo)軌上。

由于常規(guī)使用場合沒有防爆要求，所以就地顯示操作裝置可以直接安裝在現(xiàn)場。而在有防爆要求的特殊場合，儀表盒需整體安裝于防爆殼內(nèi)。

2 運算程序

2.1 運算公式

配合儀表探測器，就地顯示操作裝置可以分別設(shè)置為料位計和密度計。以料位計兩點標(biāo)定為例，軟件編制中的數(shù)學(xué)公式有直線和對數(shù)兩種模式[5]。

兩點取直線計算時有：

H=Hmin+(Hmax-Hmin)×(Nmax-N)/(Nmax-Nmin)

(4) 隨著盾尾間隙的增大，地表沉降值逐漸增大。盾尾間隙為 35 mm時，最大地表沉降為 3.5 mm；盾尾間隙為 75 mm時，最大地表沉降為3.2 mm，均滿足地表沉降控制指標(biāo)。

式中H——即時料位，對應(yīng)的計數(shù)率為N；

Hmax——最高料位，對應(yīng)的計數(shù)率為Nmin；

Hmin——最低料位，對應(yīng)的計數(shù)率為Nmax。

兩點取對數(shù)計算時有：

H=Hmin+(Hmax-Hmin)×(lnNmax-lnN)/(lnNmax-lnNmin)

2.2 數(shù)據(jù)修正

儀表標(biāo)定完成后，可依照實際生產(chǎn)工況對標(biāo)定數(shù)據(jù)進行修正[6]。

設(shè)Hx為指定修正點儀表的測量值，和工藝提供的標(biāo)準(zhǔn)值相比，兩者的偏差值為δ。則對于任一測量值H，修正后的結(jié)果Hsc為：

3 操作使用

同位素儀表就地顯示操作裝置采用中文界面，操作直觀方便。各界面功能使用菜單嵌套模式。以料位計為例，在“儀表模式”中選擇“物位”，進入“物位設(shè)置”界面后，可依次進行以下參數(shù)設(shè)置：

a. “探棒數(shù)量”編輯框，顯示和設(shè)置探棒數(shù)量；

b. “時間常數(shù)”編輯框，顯示和設(shè)置時間常數(shù)值；

c. “脈沖限制”編輯框，顯示和設(shè)置脈沖限制值；

d. “射源”單選按鈕，顯示射源或選擇射源；

e. “單位”單選按鈕，顯示單位或設(shè)置單位；

f. “常規(guī)數(shù)據(jù)”按鈕，進入常規(guī)數(shù)據(jù)界面；

g. “刷新”按鈕，常用于查詢或設(shè)置失敗時刷新界面數(shù)據(jù)；

h. “系統(tǒng)信息”按鈕，進入系統(tǒng)信息界面；

i. “保存”按鈕，保存當(dāng)前界面設(shè)置；

j. “返回”按鈕，返回上一級界面。

其他各界面菜單也按類似方式進行設(shè)置。

圖3是部分操作界面的截圖，可以看出，開發(fā)完成后的就地顯示操作裝置，界面友好，操作便利，達到了設(shè)計目的。

圖3 操作界面

4 結(jié)束語

筆者開發(fā)的同位素儀表就地顯示操作裝置，作為可選配單元，安裝在探測器測量現(xiàn)場附近。工作人員可以就近觀察儀表測量狀態(tài)和運行參數(shù)，也可以通過其觸摸顯示屏對同位素儀表參數(shù)進行讀、寫操作。在有防爆要求的特殊場合，該裝置可整體安裝于防爆殼內(nèi)。裝置功能設(shè)計較為齊全、界面友好且操作便利，有效解決了工業(yè)生產(chǎn)過程中同位素新型一體化儀表存在的問題，填補了國內(nèi)產(chǎn)品在本行業(yè)的技術(shù)空白，具有一定的社會效益和經(jīng)濟效益。

[1] 孫樹正.放射性同位素手冊[M].北京:中國原子能出版?zhèn)髅接邢薰?2011.

[2] 趙萬翔,郭東林,薛峰,等.HART通信協(xié)議在同位素儀表中的應(yīng)用[J].石油化工自動化,2016,52(2):69～70.

[3] 劉虎,周蕾.數(shù)字式射頻導(dǎo)納物位儀的研究與開發(fā)[J].化工自動化及儀表,2014,41(7):819～822.

[4] GB/T 29910-2013,工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線規(guī)范類型20:HART規(guī)范[S].北京:中國質(zhì)檢出版社,2013.

[5] 李星洪.輻射防護基礎(chǔ)[M].北京:原子能出版社,1982.

[6] 趙勇,張紅梅,鄒雪娟.檢測儀表常見故障的分析與處理[J].化工自動化及儀表,2014,41(5):605～606.

DevelopmentofOn-siteDisplayDeviceforIsotopeInstrument

YANG Ji, QIAN Yao-dong
(TianhuaChemicalMachinery&AutomationInstituteCo.,Ltd.)

The on-site display and operating device for the isotope instrument was described and its practical application results show that, through this on-site display device, the instrument which measuring conditions and operating parameter can be observed and read and written via a touch screen.

isotope instrument, on-site display and operating device, data correction, HART communication

TH816+.7

B

1000-3932(2017)09-0845-03

2017-04-05，

2017-05-05)

楊季(1970-)，工程師，從事同位素儀表的研發(fā)、生產(chǎn)與市場應(yīng)用工作，cthkj_cks@163.com。