熱電偶測(cè)溫技術(shù)在分散性控制系統(tǒng)（DCS）中的應(yīng)用

對(duì)于分散性控制系統(tǒng)（DCS）中熱電偶測(cè)溫技術(shù)得到廣泛運(yùn)用。在我們我們的現(xiàn)代企業(yè)中DCS得到了廣泛的推廣，而其中的各類(lèi)輸入、輸出及控制等系統(tǒng)都得到了廣泛的運(yùn)用，在這其中對(duì)于熱電偶測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展有著較大的發(fā)展與進(jìn)步。因此熱電偶測(cè)溫技術(shù)的要求越來(lái)越高，對(duì)于其測(cè)溫的準(zhǔn)確性也就越高。因此在熱電偶測(cè)溫中冷端溫度補(bǔ)償是一個(gè)影響測(cè)溫準(zhǔn)確性的重的因素。

【引言】

    在現(xiàn)代的企業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶廣泛運(yùn)用于測(cè)量-200-1300℃范圍內(nèi)的測(cè)溫，在我們的電廠鍋爐測(cè)溫用得也比較多。在改造前我們都是直接將熱電偶的測(cè)量信號(hào)接入到單顯表計(jì)中，對(duì)于溫度補(bǔ)償都是人為的進(jìn)行設(shè)定，因此測(cè)量的數(shù)據(jù)不太準(zhǔn)確，不能真實(shí)地反映出鍋爐的運(yùn)行狀況。

    在2011-2012對(duì)我廠的控制系統(tǒng)進(jìn)行DCS改造后，有了較為先進(jìn)的控制系統(tǒng)，對(duì)于熱電偶測(cè)溫的技術(shù)也有了較大的進(jìn)步。有了更為準(zhǔn)確的測(cè)量個(gè)冷端補(bǔ)償技術(shù)。對(duì)于鍋爐的正常運(yùn)行提供了可靠的保障。下面我們就對(duì)DCS改造前后熱電偶測(cè)溫技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)要的分析。

一、改造前狀況

    改造前渡市電廠兩臺(tái)鍋爐的床溫及其它燃燒區(qū)域的測(cè)溫，采用K分度熱電偶測(cè)溫，測(cè)量信號(hào)經(jīng)補(bǔ)償導(dǎo)線接近單顯表進(jìn)行顯示，冷端溫度補(bǔ)償認(rèn)為進(jìn)行設(shè)定。其原理如圖所示

該測(cè)溫方式在運(yùn)行過(guò)程中還存在一些不足：

 （1）耗材量大，每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)就需要一套表計(jì)。

 （2）測(cè)量誤差大。

 （3）單顯表雖然技術(shù)比較成熟但并不先進(jìn)，故障率高，檢修量大。

 （4）在使用中不方便，如需在顯示時(shí)需增加大量的電纜及表計(jì)。

 （5）測(cè)量顯示方式陳舊，占用屏柜空間面積大，測(cè)量點(diǎn)較多時(shí)運(yùn)行人員監(jiān)盤(pán)看不過(guò)來(lái)。

   為此，對(duì)于DCS改造來(lái)說(shuō)淘汰老舊的測(cè)量顯示方式，引進(jìn)了新的技術(shù)，對(duì)于我們電廠來(lái)說(shuō)是一次重大的革新。

二、改造方案介紹

    我廠于2011年開(kāi)始對(duì)2#機(jī)組進(jìn)行改造，由原來(lái)的老式陳舊的繼電控制系統(tǒng)改為現(xiàn)有的先進(jìn)的DCS集散控制系統(tǒng)，過(guò)后相繼于2012年同樣對(duì)1#機(jī)組進(jìn)行了改造，都取得可較好的效果。

1、DCS系統(tǒng)的選擇

    基于我們電廠整個(gè)控制系統(tǒng)（鍋爐、汽機(jī)、電氣）的及價(jià)格、DCS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)綜合考慮選擇了和利時(shí)公司的MACSV系統(tǒng)。和利時(shí)公司的MACSV系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

●在統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺(tái)上提供管控一體化解決方案

●標(biāo)準(zhǔn)的Client/Server結(jié)構(gòu)

●先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

●支持OPC數(shù)據(jù)處理

●開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

●標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)軟件功能

●控制系統(tǒng)提供方便的系統(tǒng)仿真、無(wú)擾下裝和數(shù)據(jù)回讀功能

●系統(tǒng)安裝方便且系統(tǒng)的冗余功能保證了系統(tǒng)的高可靠性

●系統(tǒng)具有較大的處理、故障監(jiān)視和轉(zhuǎn)移功能

2、MACSV系統(tǒng)熱電偶測(cè)溫原理

    和利時(shí)公司的MACSV系統(tǒng)每個(gè)控制站內(nèi)配有的熱電偶冷端補(bǔ)償模塊FM192A-CC，此模塊直接測(cè)量控制柜內(nèi)的環(huán)境溫度產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)，所測(cè)溫度T與所產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)V成線性關(guān)系：T=100*V，與模塊FM141相連，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)，作為熱電偶模擬量輸入模塊的冷端溫度補(bǔ)償。在現(xiàn)場(chǎng)的熱電偶溫度測(cè)量點(diǎn)采用直饋式，補(bǔ)償導(dǎo)線直接進(jìn)入控制站內(nèi)輸入模塊端，將現(xiàn)場(chǎng)的熱電偶元件的冷斷延伸至站內(nèi)，利用站內(nèi)FM192-CC模塊進(jìn)行冷端補(bǔ)償。

3、熱電偶測(cè)溫元件（模塊）的選擇

   在和利時(shí)公司的MACSV系統(tǒng)對(duì)于熱電偶測(cè)溫元件我們選擇了FM147A型模塊。因?yàn)镕M147A具有以下特點(diǎn):

●FM147A模塊體積小、重量輕、安裝靈活。

●FM147A模塊具備帶電插拔功能?？稍谙到y(tǒng)帶電的情況下插拔本模塊，不會(huì)影響模塊及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

●FM147A模塊可以定期檢測(cè)CPU工作狀態(tài)及熱電偶的短線情況，具有看門(mén)狗定時(shí)器電路，可以在模塊異常情況下自動(dòng)復(fù)位。

●FM147A模塊提供了24V電源反向保護(hù)、通訊線等壓保護(hù)、信號(hào)輸入通道保護(hù)。

●FM147A模塊支持現(xiàn)場(chǎng)熱電偶信號(hào)對(duì)本模塊和有關(guān)測(cè)溫儀表的并接輸入。

●FM147A模塊可以處理-5mV-+75mV的熱電偶信號(hào)和0mV-+78.125mV內(nèi)的線性毫伏信號(hào)。

4、FM147A模塊簡(jiǎn)介

    FM147A模塊是智能型8路熱電偶模擬量輸入模塊，是和利時(shí)公司采用目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)而新開(kāi)發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)熱電偶模擬量輸入模塊。通過(guò)與配套的FM131A底座連接，用于處理現(xiàn)場(chǎng)熱電偶來(lái)的毫伏電壓和一般毫伏電壓輸入信號(hào)。FM147A模塊是智能型的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，是和利時(shí)公司FM系列硬件系統(tǒng)的I/O單元的一種。

5、FM147A模塊原理說(shuō)明

    FM147A模塊通過(guò)與配套的FM131A底座連接，然后通過(guò)底座的40個(gè)端子將8路現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)引入，在通過(guò)64針連接器進(jìn)入8路雙端輸入型TC模擬板。輸入后的熱電偶信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、電壓變換，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過(guò)通道切換進(jìn)入智能處理板，智能處理板根據(jù)此信號(hào)計(jì)算輸入信號(hào)的值，再經(jīng)過(guò)DP總線傳到DP主站。

    其原理圖如下：

6、現(xiàn)場(chǎng)接線方式

在現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)用例舉如下：

7、冷端溫度補(bǔ)償

    熱電偶信號(hào)的采用，必然涉及到溫度補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。在我們這次的改造采用了DCS系統(tǒng)內(nèi)溫度補(bǔ)償法，他是利用FM192A-CC產(chǎn)生的信號(hào)作為補(bǔ)償溫度信號(hào)。

此方法的優(yōu)點(diǎn)是：

●能夠充分利用系統(tǒng)現(xiàn)有功能，提高系統(tǒng)利用率。

●減少總提補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)，減少工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)溫一次元件的安裝、調(diào)試和維護(hù)的工作量。

●補(bǔ)償溫度值設(shè)置和修改靈活

●溫度補(bǔ)償準(zhǔn)確度高

    補(bǔ)償原理如下如：

三、熱電偶測(cè)溫原單顯表測(cè)量與DCS改造后測(cè)量效果對(duì)比

    為了總結(jié)DCS改造熱電偶測(cè)量溫度是否達(dá)到了預(yù)期的效果，為此我們做了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)比：實(shí)驗(yàn)方法就是對(duì)一只熱電偶采用恒溫箱（馬葫蘆）加熱用兩種方法顯示其測(cè)量的溫度值進(jìn)行對(duì)比判斷，其測(cè)量數(shù)據(jù)如下表：

由表一和表二明顯可以看出老式的單顯表測(cè)量方法測(cè)量出的溫度值誤差較大，而DCS改造后的測(cè)量數(shù)據(jù)誤差較小，由此可以證明帶有冷端補(bǔ)償?shù)腄CS測(cè)量溫度的準(zhǔn)確度相當(dāng)高，改造取得了較好的效果。

四、結(jié)論

    對(duì)于此次DCS改造取得了較好的效果，整個(gè)控制系統(tǒng)（鍋爐、汽機(jī)、電氣）都改造的相當(dāng)成功。

    對(duì)于我所分析的熱電偶測(cè)溫技術(shù)來(lái)說(shuō)也是相當(dāng)?shù)?，因?yàn)樵阱仩t的運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)都是在采用的熱電偶測(cè)溫來(lái)監(jiān)視過(guò)路運(yùn)行工況，在DCS改造這樣成功條件下位我們的鍋爐的安全運(yùn)行提供了保障，因?yàn)檫@套系統(tǒng)能夠跟準(zhǔn)確的測(cè)量出鍋爐內(nèi)部的運(yùn)行溫度，讓運(yùn)行人員能夠更清楚的了解到鍋爐的運(yùn)行工況，在不穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)能夠及時(shí)的根據(jù)準(zhǔn)確的參數(shù)做出判斷，及時(shí)調(diào)整鍋爐的運(yùn)行。保障鍋爐安全運(yùn)行。