過程變量變送器的發(fā)展趨勢

過程變量變送器的發(fā)展趨勢

張衛(wèi)民

一、什么是過程變量變送器（PVT） 為實(shí)現(xiàn)水泥工藝過程控制，自動化控制系統(tǒng)中必須從現(xiàn)場采集工藝過程變量。過程變量主要集中于四大類，即壓力、溫度、料位、流量，所謂過程變量變送器是將傳感器感受的物理量的變化轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)確的、標(biāo)準(zhǔn)的模擬或數(shù)字信號，并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場的過程傳感器和控制系統(tǒng)的連接。過程變量變送器在控制系統(tǒng)金字塔模型中處于最下層，卻是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，一個典型的5000t/d的水泥生產(chǎn)線需檢測的過程變量約為500～600個，需報(bào)警的點(diǎn)約為1000個。據(jù)中聯(lián)水泥集團(tuán)下屬某一條2500t/d生產(chǎn)線的統(tǒng)計(jì)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要監(jiān)控的過程變量有495個，需報(bào)警的點(diǎn)約在720個，故一條2500t/d水泥生產(chǎn)線，需要的過程變量變送器就在500個左右?；谶^程變量變送器應(yīng)用面廣，數(shù)量多，又是工藝監(jiān)控必不可少的，各大水泥集團(tuán)十分重視過程變量變送器的選用。近二十多年來，傳感器和變送器技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，如靈敏度的提高、響應(yīng)時間的降低、遲滯性的降低，以及長時間的穩(wěn)定性和耐久性等，這些特性使得過程變送器變得更精確、更可靠、更穩(wěn)定、更安全。隨著新型干法水泥工藝不斷改進(jìn)以及電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，過程變量變送器也經(jīng)歷由模擬式、智能式和數(shù)字智能式三代產(chǎn)品，我國水泥生產(chǎn)線上安裝的過程變量變送器也由模擬式到智能式，并開始采用帶有現(xiàn)場總線FF或PROFIBUS-PA協(xié)議的變送器。 二、壓力變送器的技術(shù)發(fā)展 壓力、差壓變送器是過程變量變送器中最重要的一類，應(yīng)用范圍很廣，除了可用于壓力、差壓測量之外，還可用于流量、液位、比重等其他參數(shù)測量。一條5000t/d的水泥生產(chǎn)線，在工藝流程各關(guān)鍵部位必須設(shè)置壓力變送器，如在窯頭、窯尾，各級預(yù)熱器的頂部和底部，各次風(fēng)管和冷卻機(jī)各室等，以監(jiān)控工藝正常運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一條新型干法水泥生產(chǎn)線共需設(shè)置壓力變送器約為80臺。 壓力變送器按測量機(jī)理來分，最常用的有電容式、電感式、擴(kuò)散硅、振弦式等。近幾年來ABB、YOKOGAVA等公司又推出單晶硅諧振式和復(fù)合固態(tài)硅為測量機(jī)理的新型變送器，其各方面性能進(jìn)一步提高；按結(jié)構(gòu)形式變送器將其分為模擬式、智能式和數(shù)字智能式三代產(chǎn)品。上世紀(jì)80年代我國自行建設(shè)的水泥廠，大多采用西安儀表廠引進(jìn)的羅斯蒙特公司的1151系列變送器，除了用于測窯頭負(fù)壓的DR型微差壓變送器的精確度是0.5%以外，其余大多是0.25%，它的特點(diǎn)是采用4mA～20mA傳輸?shù)哪M儀表，就地顯示表頭為指針式，量程比在6：1左右，穩(wěn)定性為6個月，這是第一代模擬式變送器。第二代產(chǎn)品是智能變送器，所謂智能的概念是：傳感器和變送器是由微處理器驅(qū)動，并且具有通信與自我診斷的能力。美國Honeywell公司在1983年最早推出智能變送器ST3000，1989年又推出全數(shù)字雙向協(xié)議的智能變送器，以后包括羅斯蒙特在內(nèi)的許多公司，也紛紛推出智能變送器。智能壓力變送器除了有高精確度（0.1%～0.075%），大量程比（最大可到100：1）和高穩(wěn)定性（1～5年）外，它一般帶有HART協(xié)議或本公司的協(xié)議，如ABB的BaileyFSK，YOKOGAVA的BRAIN協(xié)議，后期的產(chǎn)品還帶有符合現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的FF或PROFIBUS-PA協(xié)議，它就地顯示表改為數(shù)字式，還可用手操器或在控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程組態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)定或遠(yuǎn)方修改變送器組態(tài)數(shù)據(jù)。近幾年來我國新上馬的新型干法水泥廠幾乎全采用了智能壓力變送器，主要產(chǎn)品有：重慶橫河川儀生產(chǎn)的EJA系列變送器，E+H的CerabarS變送器，ABB的MV2000T，西門子的SITRANSP以及羅斯蒙特升級的1151和3051C變送器，有許多廠還選用了帶有FF或PROFIBUS-PA協(xié)議的智能壓力變送器。 進(jìn)入21世紀(jì)，第三代變送器——數(shù)字智能式變送器又逐步進(jìn)入我們的視野，其代表性的產(chǎn)品是羅斯蒙特的3051S變送器、ABB的2600T265系列變送器、橫河的EJX變送器等。第三代變送器由于采用了先進(jìn)的檢測技術(shù)，消除了濕氣、粉塵及其他現(xiàn)場惡劣環(huán)境對變送器測量的影響，精確度更高，據(jù)稱它的精確度均優(yōu)于0.05%；量程分檔更細(xì)，量程比擴(kuò)大到2001；穩(wěn)定性達(dá)到5年以上；通訊協(xié)議更全，新的變送器還通過了安全論證，能保證在工藝條件超過臨界值時安全停機(jī)。由于第二代變送器已能滿足水泥廠監(jiān)控要求，且第三代變送器價(jià)格還較高，故筆者認(rèn)為在水泥廠暫不宜推廣。 三、智能溫度變送器的技術(shù)發(fā)展 溫度也是過程變量變送器中很重要的一類，它是測量流量、密度及其他過程變量的基本要素之一。一條5000t/d的水泥生產(chǎn)線，在工藝流程及重要設(shè)備的關(guān)鍵部位必須設(shè)置溫度變送器，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一條新型干法水泥生產(chǎn)線共需設(shè)置壓力變送器約為80～100臺。 基于在溫度測量的發(fā)展上已取得了巨大進(jìn)步，它也促進(jìn)了在過程控制工業(yè)領(lǐng)域中溫度變送器精確度、可靠性和重復(fù)性的提高，同時也為過程控制質(zhì)量的不斷提高做出了貢獻(xiàn)。 所謂智能溫度變送器指的是將溫度傳感器技術(shù)和附加的電子部件結(jié)合在一起的一種溫度變送器，它可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)定或遠(yuǎn)方修改組態(tài)數(shù)據(jù)?？v觀當(dāng)前的溫度變送器市場及水泥行業(yè)的應(yīng)用，主要有三大類不同的智能溫度變送器產(chǎn)品。從應(yīng)用和成本的角度來看，每一類智能溫度變送器都有其優(yōu)點(diǎn)和不足之處。 1. 防風(fēng)雨型溫度變送器這類溫度變送器通常裝在對變送器性能有很高要求、苛刻的應(yīng)用場合，如在窯尾、分解爐、五級預(yù)熱器等。這類溫度變送器被封裝在密封的殼體內(nèi)，而這種殼體通常由不銹鋼制成，其特點(diǎn)是精確度高、可靠性高、安全性好、防風(fēng)雨，它的主要缺點(diǎn)是價(jià)格較高。它通常都帶有現(xiàn)場表頭，可現(xiàn)場監(jiān)視、調(diào)整和組態(tài)。代表性的產(chǎn)品是EMERSON生產(chǎn)的3144、3244和北京遠(yuǎn)東的444，另外E+H和西門子也有同類產(chǎn)品。 2. DIN導(dǎo)軌安裝、儀表盤安裝型溫度變送器這類溫度變送器可以采用DIN導(dǎo)軌安裝，通常在控制室內(nèi)安裝使用。它價(jià)格便宜，安裝和維護(hù)簡單，可以通過改變組態(tài)來匹配不同類型的溫度傳感器。由于同遠(yuǎn)程安裝的傳感器之間的連接導(dǎo)線較長導(dǎo)致測量精確度較低。在水泥廠磨系統(tǒng)可推薦使用這類溫度變送器。 3. 一體化溫度變送器這類溫度變送器可以直接安裝在溫度傳感器的DIN連接頭上，它的優(yōu)點(diǎn)是安裝費(fèi)用低廉，體積小巧，兼容各種類型的溫度傳感器。由于這種溫度變送器直接安裝在溫度傳感器的接頭上，所以電氣連接和傳感器接線都非常簡單。水泥廠的窯系統(tǒng)除要求高的部位外，可采用一體化溫度變送器，磨系統(tǒng)也可選用。 智能溫度變送器所采用的通訊協(xié)議和壓力變送器一樣，處于支配地位是HART協(xié)議，另外還帶有符合現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的FF或PROFIBUS-PA協(xié)議的產(chǎn)品。 四、過程變量變送器的技術(shù)發(fā)展 當(dāng)前過程變量變送器主要發(fā)展趨勢是無線應(yīng)用、更小的外形尺寸及多變量過程變送器的應(yīng)用。由于有些水泥大集團(tuán)局部輔助流程已采用了無線技術(shù)，如冀東水泥集團(tuán)在循環(huán)水泵站已采用了無線控制，浙江有些水泥廠采用無線控制裝卸散裝水泥船等，無線變送器也將受到我國水泥行業(yè)的關(guān)注。將無線功能加到過程變量變送器是物有所值，考慮到有些水泥廠占有的物理空間很大，有些工藝測量的位置難于安裝，而有些工藝測量點(diǎn)環(huán)境十分惡劣，用傳統(tǒng)的硬連線安裝器件成本又過高，如果消除過程變量變送器和控制電路之間連接，改用無線通訊能夠節(jié)約能源，減少配線和維護(hù)費(fèi)用，故將無線功能加到過程變量變送器是物有所值，無線通訊技術(shù)也是繼現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)后又一熱點(diǎn)技術(shù)。無線變量變送器典型產(chǎn)品和應(yīng)用是2004年美國Honeywell公司推出的基于Zig-Bee無線傳輸協(xié)議的無線壓力變送器XYR5000系列，它可監(jiān)控壓力、差壓、時間和超聲噪音，它們帶有用以添加無線功能到4mA～20mA器件上的模擬輸入接口以及可選的外部天線，它的精確度為±0.1%，電池的使用壽命是5年。 在新型干法水泥生產(chǎn)線中，過程變量變送器作為監(jiān)控的眼睛是非常重要的，它精確度、可靠性、穩(wěn)定性、安全性的提高，為過程控制質(zhì)量和最終產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高做出了貢獻(xiàn)。