基于 CS3000 和金屬管浮子流量計間接測量粉體流量

摘 要 在現場(chǎng)不具備測量條件或無(wú)法安裝流量計的情況下，基于 CS3000 系統和金屬管浮子流量計，通過(guò)重量的轉換，間接實(shí)現對固體粉料流量的測量。上海上儀股份公司流量計算過(guò)程中，通過(guò)金屬管浮子流量計測量實(shí)時(shí)重量的變化，經(jīng)過(guò)微分運算得到實(shí)時(shí)流量。對流量的運算方式進(jìn)一步改進(jìn)后，避免了由于振動(dòng)等原因造成的測量誤差，并且實(shí)現了流量單位的自由轉換，提高了系統的可操作性。

某樹(shù)脂裝置新建一套催化劑加料系統，該加料系統將催化劑粉料以氮氣輸送方式連續送至反應器。該套設備由料倉、上罐和下罐 3 部分組成。上罐為鎖氣罐，下罐為噴吹罐。上罐入口安裝有一臺圓頂閥用于連接料倉，上罐和下罐之間通過(guò)兩臺圓頂閥隔斷。噴吹罐底部安裝有一臺旋轉給料裝置，該裝置由變頻電機驅動(dòng)，根據下料流量來(lái)控制電機轉速，從而實(shí)現給料自動(dòng)控制。準確測量粉料流量是穩定輸送催化劑的關(guān)鍵，如果催化劑一次輸送過(guò)多，可能造成反應器飛溫; 如果輸送催化劑不夠，又需要二次輸送，延誤生產(chǎn)。

1 控制方案

對于固體粉料流量的測量，基于 CS3000 和金屬管浮子流量計的測量系統采用間接測量轉化法，將下罐粉料重量的變化量轉化為粉料的實(shí)際流量，根據流量的變化實(shí)現對變頻電機的控制。重量轉化原理是對重量進(jìn)行周期采集，在一個(gè)采樣周期內，將本次采集值和上個(gè)采樣周期的采集值相減，相減的值除以采樣時(shí)間即得到瞬時(shí)流量值 F:其中，dW 是在一個(gè)采樣周期內罐體的重量變化值; dT 為采樣時(shí)間變化量。由公式可以看出， dW 是與時(shí)間有關(guān)的變量，與工藝實(shí)際工況有關(guān); dT 代表了采樣精度，時(shí)間越短，采樣精度越高，即 dT 越小，dW 變化越快，系統響應越快，流量的更新速度越快［1］。 該系統的實(shí)際重量與流量的采樣周期的非常小值可以按以下方式估算:非常終得到的非常小采樣周期為 1． 2s，由于 DCS系統一般為整數，故采樣周期可以根據實(shí)際情況在 1 ～ 2s 內浮動(dòng)設定。

2 控制系統組態(tài)

樹(shù)脂裝置控制系統采用 CS3000 系統。由于CS3000 系統默認掃描和控制周期為 1s，故采樣周期的非常小值Tmin采用系統默認時(shí)間 1s。由瞬時(shí)流量公式可以看出，重量的變化值除以相對時(shí)間的變化值，其實(shí)質(zhì)可以看作是對該段時(shí)間重量進(jìn)行微分計算。如圖 1 所示，實(shí)現方法可以在 CS3000系統內將重量的 PV 值送到 LD 微分塊中，微分塊計算輸出 CPV 就是當前流量［2］。

LD 的調整參數中，GAIN 取默認值 1． 00，微分時(shí)間設為 1s。由于 CS3000 系統默認掃描控制周期為 1s，在LD 塊中每一秒都會(huì )對重量進(jìn)行采集并輸出計算結果，過(guò)小的運算掃描時(shí)間可能會(huì )因為現場(chǎng)電機振動(dòng)等產(chǎn)生的瞬間重量波動(dòng)對LD 塊輸出產(chǎn)生影響。所以，如果僅采用微分塊的計算結果輸出到 PID 控制回路，可能會(huì )因瞬間流量波動(dòng)，不能很好地控制變頻器的轉速。因此，在以上控制方案的基礎上，需要增加一個(gè)可以手動(dòng)設置采樣時(shí)間的程序。采樣時(shí)間由操作員手動(dòng)設置，可以避免重量的瞬間波動(dòng)對系統產(chǎn)生的影響。

批量數據采集塊 BDA-L 用來(lái)存儲不同時(shí)刻的重量變化，將第 1 個(gè)采樣時(shí)間的重量存放在數據存儲區DT01 中，第 2 個(gè)采樣時(shí)間的重量變化存放在 DT02 中。計算塊 FEED-LD 和順控表 FEED-ST 塊用來(lái)判斷條件和執行流量運算，其中計算塊 FEED-LD 的程序代碼

如下［3］:

PＲOGＲAM

ALIAS A FEED-ACQUA． DT01

ALIAS B FEED-ACQUA． DT02

ALIAS C WI-001． PV

ALIAS D FEED-TM

IF( D = = 1) THEN

A = C ! 將金屬管浮子流量計當前 PV 值賦給批量數據采集塊數據存儲區 01

END IF

IF( FEEDSW． PV = = 0) THEN

B = C ! 將金屬管浮子流量計當前 PV 值賦給批量數據采集塊數據存儲區 02 CPV = ( A － B) /D ! 將兩個(gè)采樣重量相減后除以采樣時(shí)間，輸出結果

順控表的執行選擇 TC 方式，計算塊選擇周期執行，計時(shí)器計時(shí)上限 PH 設置采樣時(shí)間，上位機保留更改計時(shí)器PH 的輸入端口。

在順控表FEED-ST 塊中，利用一個(gè)公共開(kāi)關(guān) FEEDSW 來(lái)判斷采樣時(shí)間是否達到，當采樣時(shí)間到時(shí)開(kāi)關(guān)為 0，此時(shí)執行計算塊中滿(mǎn)足 IF 語(yǔ)句的條件，計算塊的輸出 CPV 為采樣周期內的流量，順控表中執行步號由A2 跳轉為 A1，將公共開(kāi)關(guān) FEEDSW 置 1，同時(shí)重啟計時(shí)器 FEED-TM。

通過(guò)以上運算計算塊輸出的流量，所得數據單位為 kg /s。但工藝實(shí)際操作流量顯示單位為kg /h，需要進(jìn)行時(shí)間單位換算，將計算塊的輸出CPV 乘以 3 600 即可實(shí)現［4］?？紤]到觀(guān)察方便、可操作因素，用數據設定塊實(shí)現單位換算，當需要顯示每小時(shí)或每個(gè)班次( 8h) 的流量時(shí)，可以通過(guò)數據設定塊輸入不同的數值實(shí)現單位切換，這樣在需要更換時(shí)間時(shí)，免去了對系統進(jìn)行在線(xiàn)下裝的步驟。如需要每小時(shí)的流量，將數據設定塊 SV設為 3 600。乘法塊MUL 將計算塊的輸出 CPV和數據設定塊輸出相乘，實(shí)現單位的轉換。

非常后，系統運算的流量作為催化劑連續加料變頻器控制回路的測量值，輸入到 PID 塊的 IN 端，實(shí)現整個(gè)回路閉環(huán)控制。

3 結束語(yǔ)

對于氣體和固體粉料流量的測量，可以通過(guò)多種方式實(shí)現。在這套裝置中，以測量重量的變化，實(shí)現了對流量的間接測量?？紤]到由于輸送過(guò)程中電機振動(dòng)、重量瞬間波動(dòng)等因素，將重量的微分運算更改為手動(dòng)運算，避免了由于采樣時(shí)間過(guò)小造成流量的大幅波動(dòng)。上海上儀股份公司由于采樣時(shí)間單位為s，運算后流量的顯示單位為 kg /h，通過(guò)手動(dòng)設置時(shí)間，可以在小時(shí)、班次( 8h) 等時(shí)間切換，方便了工藝操作員進(jìn)行觀(guān)察和操作。