控制儀表用于冶金工業(yè)論文
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20世紀60年代開始大量使用的單元組合式控制儀表是根據(jù)控制系統(tǒng)中各個組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，分成能獨立實現(xiàn)某種功能的八大單元，各單元之間用統(tǒng)一的標(biāo)準信號聯(lián)系，應(yīng)用靈活、通用性強，可以構(gòu)成多種復(fù)雜的自動檢測和控制系統(tǒng)，便于儀表的生產(chǎn)、維護及備品庫存等。我國生產(chǎn)的電動(DDZ)、氣動(QDZ)單元組合儀表經(jīng)歷了Ⅰ型(1958年研制，1964年投產(chǎn))、Ⅱ型(1965年研制，1970年統(tǒng)一規(guī)范)、Ⅲ型(1975年前后研制)三個發(fā)展階段，DDZ－Ⅲ型采用了國際通用的4－20mA信號制，以集成電路作為放大元件，并具備了安全防爆功能。20世紀70年代又推出了組裝式控制裝置，它可根據(jù)用戶要求，以成套裝置形式提供給用戶，使自控系統(tǒng)的施工、安裝以及調(diào)試工作量大大減小，維護、檢修等工作得到簡化。1975年，美國霍尼韋爾(Honeywell)公司推出世界上第一套集散控制系統(tǒng)(DCS)。20世紀80年代，我國開始引進和生產(chǎn)以微處理器為核心、控制功能分散、顯示操作集中的集散控制系統(tǒng)，將控制儀表及裝置推向高級階段，同時出現(xiàn)了以微處理器為核心的單回路可編程調(diào)節(jié)器，并進一步發(fā)展成智能式單元組合儀表，如DDZ－S型系列儀表。進入90年代，北京和利時、浙大中控、上海新華等相繼推出自己的DCS系統(tǒng)。目前國產(chǎn)DCS系統(tǒng)已到達成熟期，由于國產(chǎn)DCS的價格低，能滿足基本技術(shù)要求，且因開發(fā)較晚，某些技術(shù)較國外產(chǎn)品先進，其應(yīng)用業(yè)績不僅在國內(nèi)市場占有一席之地，而且已經(jīng)走出了國門。20世紀90年代出現(xiàn)了新一代工業(yè)控制系統(tǒng)—現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)，它是計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)的最新發(fā)展成果?，F(xiàn)場總線的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn)場智能儀表連接成工廠底層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并同上一層監(jiān)控級、管理級通過網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成全分布式的新型控制網(wǎng)絡(luò)。FCS具有網(wǎng)絡(luò)化，全分散性，系統(tǒng)開放性，對環(huán)境的適應(yīng)性，現(xiàn)場總線儀表的互換性、互操作性和功能自治性等特點，其性能和功能均比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)優(yōu)越。FCS將越來越多地應(yīng)用于工業(yè)自動化系統(tǒng)中，與傳統(tǒng)DCS相結(jié)合，構(gòu)成技術(shù)更先進的混合型分布式控制系統(tǒng)。DCS和FCS的發(fā)展推動了采用模擬數(shù)字混合技術(shù)的DDZ－S型系列儀表和智能儀表的發(fā)展，智能儀表以微處理器為核心，采用先進傳感器與電子技術(shù)，具有檢測、控制、顯示、報警、存儲、診斷、通信等功能，其精度、穩(wěn)定性與可靠性均比模擬式儀表優(yōu)越，可以傳輸模擬、數(shù)字混合信號或全數(shù)字信號，可以通過現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)與上位計算機連接，能滿足集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求。按信號形式控制儀表裝置可分為模擬式、模擬數(shù)字混合式、全數(shù)字式三大類。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，使數(shù)字通信一直延伸到現(xiàn)場，傳統(tǒng)的4～20mA直流模擬信號制將逐步被雙向數(shù)字通信的現(xiàn)場總線所取代，目前生產(chǎn)中多采用模擬數(shù)字混合式儀表和全數(shù)字式儀表，隨著DCS和FCS發(fā)展，無線儀表和短程無線網(wǎng)絡(luò)開始應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的有機結(jié)合，將進一步完善系統(tǒng)功能，提高工業(yè)自動化水平。
2冶金工業(yè)控制儀表的應(yīng)用
目前，冶金工業(yè)現(xiàn)場已經(jīng)很少使用模擬式控制儀表，取而代之是模擬數(shù)字混合式的智能控制儀表，其傳輸信號是4～20mADC和HART或(Foundationfieldbus、Profibus)等，近年全數(shù)字式的現(xiàn)場總線控制儀表也得到了應(yīng)用。要實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制，必須由變送器、控制器和執(zhí)行器等三種核心儀表，再附加某些輔助儀表構(gòu)成過程控制系統(tǒng)。下面根據(jù)對十幾家企業(yè)的調(diào)查，主要介紹冶金工業(yè)生產(chǎn)過程中控制儀表的應(yīng)用情況。
2．1變送器類控制儀表
冶金工業(yè)應(yīng)用變送器檢測的物理參數(shù)主要是溫度、壓力、流量、物位等四大熱工參數(shù)。一般來說，壓力類變送器可以實現(xiàn)壓力、差壓、液位、流量等參數(shù)的檢測。目前，冶金企業(yè)采用的壓力類變送器多數(shù)是橫河川儀、威爾泰、西儀、北京遠東、德國E+H、Honey-well、ROSEMOUNT、YOKOGAWA等儀表生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的智能壓力/差壓變送器，這類儀表一般輸出4～20mADC模擬信號，同時采用HART協(xié)議以數(shù)字信號輸出現(xiàn)場儀表信息，可以通過支持HART協(xié)議的手持終端或現(xiàn)場通信器與變速器進行數(shù)字通信，實現(xiàn)遠程設(shè)定零點和量程等組態(tài)操作。有些儀表除了支持HART協(xié)議，還支持其他通信協(xié)議，如橫河川儀的EJA系列差壓變送器還支持BRAIN協(xié)議、FF和PROFIBUS協(xié)議，可以通過BRAIN手操器或CENTUMCS/μXL或HART275手操器相互通訊，通過它們進行設(shè)定和監(jiān)控等;Honeywell的ST3000/900系列全智能在線式壓力變送器還支持FF、DE協(xié)議，可與霍尼韋爾的ExperionPKSTM集散控制系統(tǒng)和智能現(xiàn)場通訊器(SFC)實現(xiàn)雙向數(shù)字通訊，消除了模擬信號傳輸誤差，方便了變送器的調(diào)試、校驗和故障診斷。鑒于生產(chǎn)過程對流量精確測量的要求，有些企業(yè)選用多參數(shù)流量變送器，在測量流量的同時實現(xiàn)對流量的壓力和溫度補償，如中冶京誠(營口)裝備技術(shù)有限公司使用的加拿大SAILSORS的智能壓力變送器是V10F多參數(shù)質(zhì)量流量變送器，傳輸信號是4～20mADC和HART，采用實時全參數(shù)動態(tài)數(shù)字補償技術(shù)(實現(xiàn)溫度補償功能)和滿量程靜壓補償技術(shù)，實現(xiàn)更高精度和寬量程比。企業(yè)使用的溫度變送器主要是一體化溫度變送器、普通溫度變送器和變送器模塊。重慶迪洋的DAD系列變送器、深圳萬訊的溫度變送器都屬于普通溫度變送器。SBWR/Z系列一體化的熱電偶/熱電阻溫度變送器，它是DDZ－S系列儀表中的現(xiàn)場安裝式溫度變送單元，它采用二線制傳送方式，輸出與被測溫度成線性的4－20mA電流信號。變送器可以安裝于熱電偶、熱電阻的接線盒內(nèi)形成一體化結(jié)構(gòu)，也可單獨安裝于儀表盤內(nèi)作轉(zhuǎn)換單元。南京菲尼克斯電氣有限公司的MCR－SL－PT100－UI，是可組態(tài)的3端隔離溫度測量變送器，適用于根據(jù)IEC60751，采用2，3和4線連接技術(shù)連接Pt100熱電阻，可輸出4種模擬電壓和模擬電流信號。西儀集團等儀表生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了多種類型的智能溫度變送器，具有HART協(xié)議和FF通信功能，便于連接現(xiàn)場通信裝置和組成DCS系統(tǒng)，具有較好的應(yīng)用前景。
2．2控制器類控制儀表
目前，多數(shù)企業(yè)主要使用DCS和PLC實施控制，常用的控制器有SIEMENS的S7－300、400系列PLC，AB公司的PLC，Honeywell的PKS、TCS型DCS，YOKOGAWA的DCS，浙大中控的SUPCON，和利時的DCS等。有些企業(yè)還使用國產(chǎn)的智能調(diào)節(jié)器及普通的顯示調(diào)節(jié)儀等，如，中冶京誠(營口)裝備技術(shù)有限公司使用上海島電自動化控制系統(tǒng)工程有限公司PID調(diào)節(jié)器、江陰眾和電力儀表有限公司的智能溫度調(diào)節(jié)儀，天津市中環(huán)溫度儀表有限公司的XMTW4000系列智能顯示調(diào)節(jié)儀，百特XMB52U6P智能溫度調(diào)節(jié)儀等。
2．3執(zhí)行器類控制儀表
各企業(yè)使用的執(zhí)行器比較繁雜，某煉鐵廠目前使用的DKJ型電動執(zhí)行器約占44%，奧托克的IKM系列執(zhí)行器(德國技術(shù))約占18%，其他國內(nèi)不同廠家如鞍山熱工儀表調(diào)節(jié)閥有限公司、鞍山拜爾自控有限公司、大連新科執(zhí)行器廠等生產(chǎn)的不同型號的執(zhí)行器占38%。目前，電動執(zhí)行器的生產(chǎn)廠家較多，產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準良莠不齊，特別是存在仿冒產(chǎn)品，企業(yè)在選用執(zhí)行器時，往往選擇有規(guī)模、有資質(zhì)、知名度高的企業(yè)產(chǎn)品。有些企業(yè)最近設(shè)計選用的執(zhí)行器主要有英國Rotork、德國四門子公司SIPOS、重慶川儀等廠家的電動執(zhí)行機構(gòu)和氣動執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)用戶對閥門控制精度要求高，或者工作環(huán)境復(fù)雜、以及需要實現(xiàn)遠程控制，一般都選擇智能型閥門電動執(zhí)行器。
2．4輔助控制儀表
要構(gòu)成過程控制系統(tǒng)，除了變送器、控制器和執(zhí)行器等核心儀表外，還需要配置顯示記錄儀表和其他輔助控制儀表，輔助控制儀表主要有電源箱、配電器、隔離器、操作器、安全柵、閥門定位器等。目前，企業(yè)使用的各類輔助儀表主要是國產(chǎn)的DDZ－Ⅲ/S型儀表，有些企業(yè)選用了智能操作器和HART安全柵，如包鋼集團使用國產(chǎn)DFP配電器約占47%，現(xiàn)場評價很好。有些企業(yè)選用國外的安全柵和閥門定位器，如本鋼煉鐵使用P+F公司Z787H齊納安全柵和SIMMENS的6DR50系列電氣閥門定位器，包鋼集團使用日本koso的EPA/EPB系列電氣閥門定位器和SIMMENS的Ps2、6DR50系列電氣閥門定位器，現(xiàn)場評價很好。
3結(jié)語
冶金工業(yè)控制儀表的應(yīng)用和發(fā)展極大地推動了冶金工業(yè)的發(fā)展，是實現(xiàn)冶金生產(chǎn)自動化的關(guān)鍵所在。圍繞工廠整體自動化的總目標(biāo)，冶金工業(yè)正在大量采用DCS、FCS系統(tǒng)，智能控制儀表特別是現(xiàn)場總線控制儀表的市場占有量的逐年增加是控制儀表應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢。
作者：方景林 李紅 才勇智 單位：遼寧科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院
