朱 彬

（華能國際電力股份有限公司 上安電廠，河北 井陘 050310）

0 引言

以單片機作為主體的設(shè)備，將現(xiàn)代計算機技術(shù)和檢測設(shè)備技術(shù)有機地融合，組成的智能儀表帶來了儀表結(jié)構(gòu)的重大改變。與其他傳統(tǒng)儀表的各種常規(guī)測量電路進(jìn)行比較，智能儀表在測量過程自動化、測量數(shù)據(jù)處理及功能多樣化等方面，取得了長足的進(jìn)步。智能儀表可以對儀表電路進(jìn)行精簡，同時帶有變送輸出、繼電器控制輸出、通信、數(shù)據(jù)保持等多種功能。智能儀表在工業(yè)現(xiàn)場實際應(yīng)用方面，也是百家爭鳴。如應(yīng)用于鍋爐汽包水位監(jiān)視[1]、熱泵遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、高溫電阻爐溫度區(qū)別跟蹤測控系統(tǒng)等。

1 基于智能儀表的溫度測量裝置研究背景

華能國際電力股份有限公司上安電廠2號機組，于2006年3月完成了干排渣系統(tǒng)改造。改造完成后，干排渣系統(tǒng)正常運行時，運行人員需要根據(jù)鋼帶機溫度來判斷擠壓頭開啟的數(shù)量和速度是否符合要求，以及爐膛內(nèi)部是否發(fā)生掉焦等工況。鋼帶機溫度共設(shè)計3處，分別為爐底溫度、鋼帶機過渡段溫度、鋼帶頭部溫度，均使用一體式溫度變送器。其中，前兩處溫度主要用作監(jiān)視，而鋼帶頭部溫度具有報警及聯(lián)鎖保護(hù)功能。當(dāng)鋼帶頭部溫度高于150℃，觸發(fā)爐底進(jìn)風(fēng)溫度高報警；當(dāng)鋼帶頭部溫度高于開鋼帶風(fēng)門溫度設(shè)定值時，聯(lián)鎖打開鋼帶風(fēng)門；當(dāng)鋼帶頭部溫度低于關(guān)鋼帶風(fēng)門溫度設(shè)定值時，聯(lián)鎖關(guān)閉鋼帶風(fēng)門。

所以，鋼帶機頭部溫度測點一旦發(fā)生異常，影響鋼帶風(fēng)門聯(lián)鎖動作，無法正常調(diào)節(jié)鋼帶頭部溫度。如果鋼帶頭部溫度持續(xù)升高，可能會燒損附近安裝的料位開關(guān)等測量設(shè)備，導(dǎo)致鋼帶機、清掃鏈及斗提等設(shè)備聯(lián)鎖跳閘，進(jìn)而聯(lián)鎖整個干排渣系統(tǒng)停運，鍋爐產(chǎn)生的爐渣無法正常排出，嚴(yán)重時會發(fā)生限制電量負(fù)荷，甚至機組被迫停機等不安全事件。因此，這就要求鋼帶機溫度測點設(shè)備具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，才能避免上述情況發(fā)生。

另外，由于鋼帶機運行時表面溫度最高可達(dá)300℃，當(dāng)擠壓頭全開干排渣系統(tǒng)滿出力時，鋼帶頭部溫度甚至可達(dá)500℃。作為測量鋼帶機溫度的溫度變送器線路板、接線端子等部件長期在如此高的環(huán)境溫度下運行，也容易造成設(shè)備加速老化、測量失準(zhǔn)，甚至高溫?zé)龘p等問題，增加了設(shè)備故障率、維護(hù)量及維護(hù)費用，不符合生產(chǎn)節(jié)能降耗的宗旨要求。針對以上問題，本文獨辟蹊徑，重新設(shè)計了基于智能儀表的溫度測量裝置，并成功應(yīng)用于華能上安電廠2號機組鋼帶機溫度信號的測量中，經(jīng)過長時間運行取得了良好的效果。

2 基于智能儀表的溫度測量裝置設(shè)計方案

2.1 總體方案

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境要求選擇耐高溫、抗腐蝕的溫度元件作為傳感器，然后將傳感器的測量信號輸出至智能數(shù)顯儀表，而智能數(shù)顯儀表的安裝位置則遠(yuǎn)離傳感器所在的高溫區(qū)域，傳感器信號通過智能數(shù)顯表內(nèi)部運算輸出4mA～20mA電流信號，再引入干排渣PLC控制系統(tǒng)的模擬量輸入模件，在PLC控制器中完成邏輯運算，從而實現(xiàn)鋼帶機溫度信號采集及聯(lián)鎖保護(hù)。這樣設(shè)計既避免了智能測量儀表長期受到高溫?zé)彷椛溆绊懚匣?、故障，同時還提升了鋼帶溫度測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，為整個系統(tǒng)安全運行贏得保障。

2.2 溫度傳感器的設(shè)計選型及安裝

不同類型的溫度傳感器感溫范圍也不一樣，目前應(yīng)用廣泛、造價低廉、測量效果較好的感溫元件應(yīng)屬熱電阻。其中，陶瓷鉑熱電阻測溫范圍廣泛可達(dá)-250℃～850℃；云母鉑熱電阻，由于云母的特性，其測溫范圍是-200℃～420℃；薄膜鉑熱電阻，因為其封裝及制造特性，其測溫范圍是-50℃～500℃[2]。為適應(yīng)現(xiàn)場的生產(chǎn)環(huán)境，選擇了測溫范圍較大的陶瓷鉑熱電阻。

兩線制熱電阻測量的線路電阻為熱電阻的電阻值與連接導(dǎo)線的電阻值之和，連接導(dǎo)線的引線電阻大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度等因素有關(guān)。因此，兩線制熱電阻測量誤差較大且不可避免。而三線制熱電阻，在使用時有效消除了引起誤差的引線電阻，提高了測量的精確性[3]。

根據(jù)上述內(nèi)容，選擇三線制Pt100陶瓷鉑熱電阻3只。測量現(xiàn)場安裝孔徑及鋼帶機內(nèi)部溫度場分布，將熱電阻插入深度設(shè)定為150mm進(jìn)行安裝固定。

2.3 供電方式和接線的改變

原一體式溫度變送器由PLC電源柜內(nèi)24V電源供電，改進(jìn)后的溫度測量裝置中熱電阻由數(shù)顯表供電。因此，需要在PLC端子柜內(nèi)將3個鋼帶機溫度測點，由PLC柜24V電源供電接線方式改為智能數(shù)顯表向熱電阻供電方式。

由于PLC控制系統(tǒng)模擬量輸入子模件ACI03000只能接收4mA～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號，無法接收熱電阻微弱電流信號，因而需要通過智能數(shù)顯儀表向PLC子模件發(fā)送4mA～20mA電流信號。原一體式溫度變送器控制線經(jīng)過端子排接至PLC柜端子A-B，與24V電源和模件串聯(lián)構(gòu)成測量回路，改進(jìn)后的溫度測量裝置中需將熱電阻控制線連接至數(shù)顯表的RTD端子上，再由數(shù)顯表的輸出端接至PLC柜端子B-C，與PLC子模件串聯(lián)構(gòu)成測量供電回路。測量回路改進(jìn)如圖1所示。另外，出于消除4mA～20mA電流信號線路上的電磁干擾，以及防止智能數(shù)顯表故障情況下220VAC電壓串入PLC模件，對模擬量輸入子模件造成損傷，可以在信號進(jìn)入PLC端子柜前，在回路中接入信號隔離器。

2.4 數(shù)顯表參數(shù)的設(shè)置

接通智能數(shù)顯儀表電源，即可對數(shù)顯表參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。輸入信號選擇：Pt100熱電阻；小數(shù)點位數(shù)選擇SL1=1；零點顯示值：- 50；滿點顯示值：600；變送器輸出類型：4mA～20mA；變送器輸出零點：-50；變送器輸出滿點：600；校正輸出零點：0；第一報警方式選擇上限報警SL2=2；報警功能選擇無報警延遲功能；報警上限PVH=150。數(shù)顯表零點校對和增益校對后，精度高達(dá)±0.2℃，可以準(zhǔn)確地在上位機顯示鋼帶機溫度。同時，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時，儀表會閃爍報警，提醒巡檢和維護(hù)人員關(guān)注，有利于及時發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備隱患。改造后的現(xiàn)場效果如圖2所示。

2.5 改造后的應(yīng)用及效益分析

圖1 接線方式對比圖Fig.1 Comparison of wiring modes

圖2 智能數(shù)顯表安裝效果Fig.2 Installation effect of intelligent digital display meter

基于智能儀表的溫度測量裝置相比于常規(guī)溫度變送器節(jié)約3000元/套，而且在使用中熱電阻幾乎無損傷。將智能數(shù)顯表安裝于控制柜內(nèi)后，遠(yuǎn)離了就地高溫環(huán)境，電子元器件損壞率大大降低，降低了備件消耗和人力維護(hù)成本，同時也為準(zhǔn)確穩(wěn)定測量鋼帶機溫度數(shù)據(jù)提供了可靠保障。因此，采用耐高溫、抗腐蝕的熱電阻和智能儀表組合的溫度測量裝置，改造投資小、回報高，具有較高的借鑒意義和推廣價值，達(dá)到了生產(chǎn)節(jié)能降耗、降本增效的改造目的。

3 結(jié)束語

溫度變送器在電廠中應(yīng)用十分廣泛，但在高溫、腐蝕氣體等惡劣環(huán)境下，如何選擇可靠性高、測量精度達(dá)到要求且維護(hù)手段簡單方便、耗時少的測量裝置一直是個難題。本文提供的熱電阻和智能儀表相組合的溫度測量裝置改造思路，其測量范圍可達(dá)-50℃～600℃，可以監(jiān)視冬天機組停運時鋼帶機實際溫度值。同時采用耐高溫、抗腐蝕效果好的三線制熱電阻，在保證測量精度，提高設(shè)備穩(wěn)定性的同時，降低人力資源消耗及大量維護(hù)費用。

本文進(jìn)行了智能儀表在干排渣系統(tǒng)鋼帶機溫度方面的研究，這只是智能儀表應(yīng)用的一方面，還有許多問題有待深入研究。由于智能儀表多功能性的特點，其在空壓機故障診斷、鍋爐磨組溫度顯示等方面，必將有更廣泛的應(yīng)用。