智能吹扫装置

/吹扫装置设计与优化摘要：目前,发电厂烟气流量是用皮托管将流速转换成压力进行显示或远传。控制系统根据其压力大小根据公式计算出流速.因烟气含有大量灰尘，并沉积或粘附到皮托管取样口，长时间运行，皮托管测压孔容易堵塞，像这一现象还容易出现在设备的前后差压，压力测量取样口或取样管内，造成测量不准或无法测量的情况。针对这一现象，电厂一般是安排维护人员定期用压缩空气进行吹扫来完成导压管路的疏通工作。每次吹扫都要检查是否有联锁,是否有保护，拆管道接气源,费时费力而且效果一般,经常投退保护还存在一定的风险.为了更好的解决取样管堵塞的问题，本文主要设计一款智能吹通过对市场上各类吹扫装置进行分析，实验综合其优点与不足，设计并制造上此款智能吹扫装置，欢迎各客户试用，同行批评指教。广州森瑟机电设备有限公司电话：通过对市场上各类吹扫装置进行分析，实验综合其优点与不足，设计并制造上此款智能吹扫装置，欢迎各客户试用，同行批评指教。广州森瑟机电设备有限公司电话址：概述:取样管堵塞的问题由来已久，各设备厂商都在这上面花了不少工夫。市面上也出现了不少防堵产品，大致可以分为两大类：一种是连续吹扫.一种是定时吹扫.定时吹扫又可以分为继电器控制和PＬC控制两大类。下面逐个分析几种吹扫方法（装置）的优缺点.最原始的人工吹扫,通过人为的断开导压管与变送器的连接。然后将压缩空气通入导压管，对导压管进行吹扫.吹扫完后，接通导压管与变送器，恢复测量。优点:能够根据需要实时的吹扫防堵,工人根据实际的堵塞情况，自由控制吹扫时间。缺点：每次吹扫都要开工作票、投退保护或投退联锁、频繁拆装仪表管道及接头,易损坏或出故障、效率低.连续吹扫则是通过对取样管内连续吹一定流量的气体利用高低压侧压力同加或同减保持差压不变的原理来实现防堵的目的.优点：在压力控制合适的情况下能达到良好的吹扫效果,设备简单,易维护。缺点：在压力变化越大的情况下测量结果偏差越大。时间继电器控制的定时吹扫。优点:吹扫装置由时间继电器控制，吹扫时间和吹扫间隔都可以直接设定，控制简单方便。缺点:接线复杂,维护不容易；时间继电器控制的吹扫转置是一种傻瓜式的吹扫，很难扩展其他的功能;吹扫时，必须切断变送器与导压管的连接,ＤCＳ监测数据会报异常。PLC控制的定时吹扫。优点：吹扫时间和吹扫间隔任意可调,精确,且可靠性高。缺点:调节时间需要程序员设定，非常麻烦；PLC价格高，普通的西门子S7-20０系列加一个ＡI/AO模块价格将近2000元，如果外配人机界面,价格更高。通过分析可知现在电厂正在使用的吹扫装置都存在各种各样的缺陷：价格过高、操作麻烦、可扩展性能差等等。本文主要讨论一种兼具价格便宜、操作方便、可扩展性高的智能吹扫装置。正文一、新型智能吹扫转置功能设计：人性化的人机交互方式。本智能吹扫装置的人机交互方式选用按键输入加屏幕显示的组合，简单可靠.吹扫时DＣＳ监测的数据应该保持稳定,不能出现阶跃信号.本智能吹扫转置采用信号保持的方式实现吹扫时也保持稳定的输出。工业现场DCS监测系统可以接受有源信号和无源信号。本智能吹扫装置可以同时输出有源和无源信号。为了能够更加精确的掌握吹扫的信息,本智能吹扫装置能够实时显示距离下次吹扫的时间，吹扫时能够显示到吹扫结束的时间.为了方便现场检修人员能够实时了解管道内的烟气流动动态,屏幕上实时显示管道内烟气流速。二、吹扫方式设计为保证吹扫效果，吹扫过程中需保证一定的压力与一定的流量，如压力不够则有些粘附性较强的物体无法吹扫干净，如流量不够则导致流量计前端取样孔吹扫不到。吹扫转置的吹扫程序特别设计成两根导压管分开吹扫,保证吹扫效果。而现在很大一部分吹扫装置吹扫时，两根导压管一起吹扫，使气流分成两路吹出去,不能保证吹扫效果。在保证吹扫效果的情况下满足之前所例功能作如下设计：阀3和阀4是常开电磁阀，阀１和阀2是常闭电磁阀。导压管接入差压变送器.导压管2导压管2导压管1工业气源阀4阀3变送器阀1阀2导压管接管示意图整个吹扫过程分为６个步骤,见下图：吹扫开始.控制器保持采样输出,1s后,阀3和阀4关闭，切断变送器与导压管的通路,保护变送器，避免被高压损坏。延时１s，打开阀1，1＃导压管通气,吹扫1＃导压管。吹扫一段时间后（由用户设置），关闭阀1,停止吹扫1＃导压管。延时０.5s，开启阀2,2＃导压管通气，吹扫２#导压管。吹扫一段时间(由用户设置),关闭阀2，停止吹扫2#导压管。延时2s,阀3和阀4打开，变送器与导压管接通开始测压.延时一段时间后（用户设置)，控制器取消保持开始采样并输出。三、电路设计3.１、吹扫保持的功能方案要达到吹扫保持有以下几种方案:3。1.1、压力保持.用高性能电磁阀切断导压管和变送器的联系,然后保持密闭空间内的压力。实际上任何电磁阀都有内漏,如果想通过压力保持让变送器获得稳定的输出,事倍功半，效果比较差。3。１．2、电流保持。在吹扫的时候要保持稳定的输出，人为的给DCＳ一个合适的电流信号.用单片机先测量变送器前面的信号，然后经过处理，可以计算得到流速，同时将前面测量的压力信号从另一端口输出。吹扫时，不再取样，保持吹扫前测量的正常信号输出,达到保持的目的.３．1。3、另一种电流保持方式。同上一种方式一样,吹扫时保持信号输出。具体是平时将ADC采样的信号直接传到后端，省去ADC和DAC这个环节。吹扫时用继电器将线路切换到单片机输出。优缺点分析：经过实践证明，第一种方式只是一种理想方式，在现实中达不到压力保持的要求。第2种和第3种方式都能实现压力信号保持。其中第１种方式的转换流程如下：分析两个方案的流程图,可知：在吹扫状态下,两种方案的信号转换流程都一样，都是经过ＭCU转换然后再传送到放大器,最后输出给DＣS.吹扫装置绝大多数情况工作在正常情况下,而方案３里面要少AD转换和PWM转换两个环节，能够减小一个环节的误差，精度更高。但方案3中吹扫状态与正常状态的切换是靠继电器动作完成。查继电器的使用手册可知，继电器的响应速度为１０-20ms,远小于DCＳ的采样频率。综合上面的分析,我们采用方案３。３.2、ＡD模块由于变送器为两线制器件,电源线与信号线共用,输出信号为4-20mＡ电流信号.而ADＣ只能处理电压信号。由于这个条件限制,我们必须先将电流信号转换为电压信号.注意到变送器信号是４—20mＡ电流，AＤＣ处理电压一般为5Ｖ,根据欧姆定理,在回路中串联一个250Ω的电阻,将电流转换为1－５Ｖ电压。由于电阻具有温漂等不稳定性因素，这里选用0。1%精度的低温漂电阻。电流转换成电压后，考虑压力的驱动能力问题,1－5V电压后面接电压跟随器，将电压信号功率放大。电路图如下:3.3、DA模块数字量转换为模拟量，即将AＤC采样得到的电压的数字量再逆转为电压信号。有如下几个方案:DA芯片转换。用专用的DA芯片将数字量直接转换为１-5V的电压信号,一般ＤA芯片有十位精度、十二位精度、十六位精度，精度越高，信号的连续性越好.优点:转换精度高，转换速度快。缺点:并行芯片占用ＩO口较多；且DA芯片需要专门的电压转换芯片和基准源芯片,外围辅助器件比较多，且精度越高，对基准源要求越高；电路面积比较大；价钱偏贵。PＷM转换.数字量控制PWM的占空比,然后用2阶低通滤波器将PWM转换为１－５Ｖ的电压。优点：分立元件少,电路面积小。缺点：普通精度，PWM的精度为十位精度，也就是可以达到:最大电流为20mA，PWM转换的方式精度为:PWM转电路如下图:对比ＤＡ芯片转换方案和PＷM转换方案我们可以发现:PWM转换方案简单易用，成本低;DＡ芯片转换方案精度高,对外围电路要求高，成本高.分析电厂对吹扫转置的精度要求，0。0２mA的精度可以满足要求。本智能吹扫转置选用PWＭ转换的方案.3.４、电压转换为电流模块由于工业现场信号传送距离比较远，电压信号容易损失,所以信号一般用电流传送.针对DＣS接收电流信号分为有源信号和无源信号,为了提升本智能吹扫转置的易用性和通用性,本智能吹扫转置同时配备无源和有源信号方式。无源信号方式和有源方式都要匹配两线制传输方式,即电流线与信号线共线。电压转换为电流方案有两种:3.4。１、电流环芯片。现在市场上有多种电流环芯片,专门用来产生4—20ｍA电流，例如TI公司的XＴR11１系列芯片。输入１—5Ｖ电压产生4－20mＡ电流。分立元件方案.用放大器和三极管组成电流发生电路。如下图所示：对比电流环芯片方案和分立元件方案可知，电流环芯片稳定性高，可靠性好，而分立元件电路方案精度和稳定性要差很多。根据电路设计要求，我们选用电流环芯片方案作为电流发生电路(DAＣ模块)。四、程序设计4．1、流速计算公司由于本设备需要显示流速.流速流速计算公式如下：从公式可知，要计算管道内流速,必须要设置几个参数:烟气静压、大气压力、量程、皮托管系数、修正系数。4.2、菜单设计本智能操作仪操作菜单设计成树状结构，如下所示。菜单中将每一个参数都设置成可调整参数,方便用户自己调整设备的参数以对应不同的工况条件.程序设计方面,采用Ｃ语言设计，将菜单设计成一个结构体数组，每一个菜单选项都是一个结构体，结构成员定义了上翻、下翻、进入、退出、确定等五种动