דיון קצר על יישום מדידת זרימה במערכות בקרת אוטומציה תעשייתית

זרימה, לחץ וטמפרטורה הם שלושת הפרמטרים הבסיסיים לזיהוי עצמים, המיושמים באופן נרחב במדידה. עם ההתפתחות המהירה של התעשייה של סין, הדרישות למדידת זרימה במערכות בקרה אוטומטיות שונות הלכו והחמירו, מה שהוביל לאימוץ נרחב של מדי זרימה.

דרישות למכשירי מדידת זרימה בבקרת תהליכים

מדי זרימה מועסקים באופן נרחב בבקרת תהליכים. תפקידם כרוך באיתור קצבי זרימת נוזלים בתוך צינורות אטומים. בעת הצורך, מכשירי מדידת זרימה משולבים עם מכשירי בקרה ומפעילים ליצירת מערכות ויסות, מייצבות זרימה בטווחים המתאימים כדי להבטיח יציבות תהליך. בהתחשב בפונקציה הספציפית הזו בבקרת תהליכים, מכשירי מדידת זרימה חייבים לעמוד בדרישות הבאות.

1. יציבות ביצועים

① התפוקה של מכשירי מדידת זרימה צריכה להפגין יציבות מעולה. אם אות הזרימה עצמו מכיל רעש, התאמות שיכוך פנימיות אמורות לייצב את הקריאה לפירוש קל. כאשר משולבים במערכת בקרה עם ווסת, פלט הרגולטור צריך להישאר נקי מתנודות ניכרות.

② השפעת טמפרטורת הסביבה על הערך המוצג של המכשיר צריכה להישאר בפרמטרים טכניים שצוינו.

③ המכשיר צריך להפגין יציבות מעולה-לטווח ארוך.

2. דרישות אמינות

① מכשירים חייבים להפגין אמינות גבוהה. מתקנים תעשייתיים מודרניים מגמות לתהליכים מתמשכים-בקנה מידה גדול שבהם כשל במכשיר יכול בקלות לערער את היציבות. מכיוון שלא ניתן לתקן מדי זרימה המותקנים על צינורות על ידי עצירת התהליך, יש לתת עדיפות לאמינות הן בייצור המכשיר והן בתכנון המערכת-כולל האמינות של תרמיסטורים המשמשים לפיצוי טמפרטורה. חלק מהיצרנים מיישמים יתירות עבור רכיבים המועדים לכשל וקשים לתיקון. אחרים מתכננים שיטות להחלפת חיישנים מבלי להפריע לזרימה. יצרני מדי זרימה אלקטרומגנטיים מספקים טכניקות וכלים להחלפת אלקטרודות ללא הפרעה-, כולם תורמים לאמינות משופרת.

② אבחון תקלות. במקרה של תקלה במכשיר, מערכת האבחון צריכה לציין באופן אוטומטי את המיקום ואופי התקלה כדי למזער את זמן התיקון. כאשר נתוני אבחון מועברים באופן דיגיטלי למחשב, המחשב יכול לנטר את פעולת המכשיר, להפעיל אזעקות במהלך תקלות, להציג פרטי תקלה, ואפילו ליישם אמצעי בטיחות נחוצים.

3. יכולת אנטי- חזקה נגד הפרעות

① עמידות בפני רטט.

רוב חיישני הזרימה מותקנים על צינורות בסביבות שדה קשות שבהן רטט מהווה הפרעה גדולה. לכן, חיישני זרימה, משדרים ורכיבים אחרים חייבים להיות בעלי יכולות אנטי-הפרעות חזקות.- כמה מדי זרימת מערבולת ומדדי זרימת מסה Coriolis מתפקדים בצורה גרועה בשטח בגלל התנגדות לא מספקת לרטט, ומציגים תופעות כמו "קריאות שגויות" או "קריאות מוגזמות".

② עמידות בפני הפרעות בתדר רדיו

אתרים תעשייתיים המכילים מדי זרימה מכילים מקורות הפרעה מרובים. לדוגמה, מנופים עיליים העוברים מעל הראש, מלגזות הפועלות בקרבת מקום או אנשי צוות המשתמשים במכשירי קשר- יכולים לגרום לקריאות גבוהות במכשירי מדידת זרימה מסוימים. זה מתרחש כאשר גלים אלקטרומגנטיים בתדר רדיו הנפלטים על ידי מערכות חשמליות של עגורנים, מצתים של מלגזה או אנטנות מכשיר -טוקי נכנסים למכשיר דרך מסלולים שונים, ומשבשים את פעולתו. בשנים האחרונות, ההשפעה של הפרעות RF זכתה לתשומת לב משמעותית. מכשירי מדידה משלבים כעת מפרטי התנגדות להפרעות RF ומשתמשים באמצעים רבים כדי לשפר את חסינות ההפרעות.

4. זמן תגובה קצר

מכשירי מדידת זרימה רבים יוצרים מערכות בקרה עם ווסתים, הדורשים זמני תגובה של פחות משנייה אחת. במערכות בקרת זרימה מוגדרת, קבוע זמן כולל העולה על שנייה אחת במקטע מדידת הזרימה עלול לפגוע משמעותית באיכות הבקרה. במקרים חמורים, הדבר עלול לגרום לתנודות מערכת ולכשל תפעולי.

5. אותות פלט מגוונים

① פלט אנלוגי.

מכשירי מדידת זרימה צריכים לכלול פלט אנלוגי של 4-20mA עם מאפייני זרם קבוע.

② פלט תדר.

משדרי זרימה (ממירים) משדרים אותות זרימה למכשירי תצוגה או לבקרים באמצעות תדר, תוך שמירה על דיוק עם אובדן מינימלי-יתרון מרכזי של שיטה זו.

③ פלט דיגיטלי.

מכשירי מדידת זרימה מתחברים למחשבים באמצעות יציאות תקשורת כמו RS485. עם תמיכת תוכנה ייעודית, הם לא רק משדרים פרמטרים נמדדים למחשבים אלא גם שולחים מידע תקלות, נתוני תצורה ומחווני מצב המכשיר. יתר על כן, מפעילים יכולים לשנות תצורות של מכשירי שטח, לבצע בדיקות, כיולים, תחזוקה ומשימות ניהול מרחוק מחדרי בקרה באמצעות מחשבים.

זיהוי זרימה ושימוש במד זרימה

מדידת זרימה היא שיטת מדידה תעשייתית נפוצה המיושמת באופן נרחב במגזרים כגון ייצור חשמל, מתכות, הנדסה כימית, נפט ועיבוד מזון. כל תהליך הכרוך בשינויים במסה מחייב מדידת זרימה. מדי זרימה משמשים ככלי למדידה זו. בהתבסס על עקרונות מדידה שונים, ניתן לסווג מכשירים אלה למספר סוגים. עם התקדמות טכניקות המדידה המודרניות, מדי זרימה התפתחו מלחץ דיפרנציאלי מוקדם, תזוזה חיובית וסוגים אלקטרומגנטיים. כעת הם כוללים לא רק מבנים פשוטים יותר אלא גם פונקציות מגוונות יותר ויותר. הדיוק של מדידות מדי זרימה משפיע ישירות על ביצוע נכון ויציב של תהליכי בקרה תעשייתיים, בעל רלוונטיות ישירה להתפתחות הכלכלית הלאומית של סין. לכן, שליטה בעקרונות של מדי זרימה נפוצים והבנת היישום של מדי זרימה טיפוסיים במערכות אוטומציה היא חיונית לשיפור רמות האוטומציה התעשייתית ותקני ציוד המכשור.

יישום מדי זרימה במערכות בקרה אוטומטיות

1. יישום מדי זרימה במערכות מדידה אוטומטיות של שדה שמן

שדות נפט מייצגים את אחת התעשיות הנרחבות ביותר ליישום מדי זרימה, המשמשות בעיקר למדידת ייצור נפט, סטטיסטיקה וניתוח, כולל ניטור תפוקת באר יומי. טכנולוגיות מדידה ותהליכים מתקדמות מאפשרות הבנה בזמן של מצב פיתוח שדות נפט ושינויים במאגר, ומאפשרות ניתוח של שינויים דינמיים בהפקת נפט וגז כדי להנחות עוד יותר את אסטרטגיות הפיתוח של שדות הנפט. במדידת תת--יחידות נפט, נוזלים גולמיים שיוצרו עוברים תחילה דרך שלושה-מפרידי פאזות ומתחלקים לשלושה זרמים: אחד מכוון לתחנת המדחס באמצעות שסתום ויסות, אחר מנותב למיכל השקיעה באמצעות מד זרימה אלקטרומגנטי, והשלישי נשלח אל מיכל החיץ באמצעות מד זרימה המוני.

תערובת המים-שמן עוברת דרך חיישן מד זרימת מסה שאוסף פרמטרים כמו קצב זרימה, טמפרטורה וצפיפות בתוך צינור הנפט. אותות אלה מועברים למעבד, כאשר אלגוריתמי מיקרו-מחשב רלוונטיים מנתחים ומחשבים את הפרמטרים הנאספים של נפט גולמי ומים. לאחר שלב שידור, הנתונים נשלחים למארח הניטור באמצעות תקשורת TCP/IP Ethernet. זה מאפשר פונקציות ניהול מקיפות, כולל תצוגת נתונים, אחסון, דיווח והדפסה, ובכך משיגים ניטור של מספר רב של מערכות מדידת נפט-.

בנוסף, באתרי חרטת-שדות נפט, תוך טיפול בבעיות הנפוצות של נוזלי קידוח בצפיפות- גבוהה ופסולת חומרים כבדים בבארות עמוקות, חיישן מד הזרימה אוסף ומנתח שינויים בצמיגות, צפיפות נוזל הקידוח ובפרמטרים של ביצועי צנטריפוגה. לאחר שמערכת הבקרה מחשבת את מהירות הפעולה של הצנטריפוגה ואת קיבולת העיבוד המתאימה, בקרת הפלט של-מחשב מבססת את זרימת העבודה של מערכת הבקרה. זה משפר למעשה את שיעור ההחלמה של חומרים כבדים ומפחית את עלויות השימוש שלהם.

2. יישומי מד זרימה במערכות תהליך של תחנות כוח

2.1 יישום בתהליכי אספקת אוויר בדוד

בדודי תחנות כוח, מדי זרימה מודדים בעיקר את קצבי הזרימה של אוויר, קיטור ואספקת אוויר לדוד. מד הזרימה הנפוץ ביותר הוא מד זרימת המערבולת. פועל על עיקרון המהירות, הוא מנצל את תופעת שפיכת המערבולת הרגילה כדי למדוד זרימה. כאשר נוזלים כמו קיטור או אוויר זורמים על פני החיישן, נוצר אזור לחץ גבוה- לפני החיישן, שבו הלחץ עולה על לחץ הצינור הסטטי. כשהנוזל מאיץ דרך קטע האצה של הצינור, נוצר אזור בלחץ נמוך- שבו הלחץ נמוך מהלחץ הסטטי של הצינור. לאחר מכן מתפתח אזור ואקום המושרה במערבולת מאחורי אזור הלחץ הנמוך הזה, ויוצר תנודות בלחץ. התדירות של תנודות אלו עומדת ביחס ישר לקצב זרימת הגז. על ידי מדידת תדר רטט זה ויישום המרה ופיצוי מתאימות, ניתן לחשב את מהירות הנוזל.

נטילת מדידת מד זרימת מערבולת בזרימת אספקת אוויר בדוד כדוגמה: זרימת אספקת אוויר בדוד היא פרמטר קריטי המשקף את המצב התפעולי של דודי תחנות כוח ומאווררים, הממלא תפקיד חיוני במערכת הבקרה האוטומטית לשריפת הדוד. תעלות אספקת האוויר בפועל של תחנת הכוח הן בעיקר מלבניות בחתך -, מה שהופך מדידה מדויקת למאתגרת עם מדי זרימה קונבנציונליים. מד זרימת המערבולת מדגים ביצועים מעולים ביישום זה.

כאשר משתמשים במדדי זרימת מערבולת למדידת זרימת אספקת אוויר בדוד, המערכת כוללת חיישן, ממיר ומרכז בקרה. החיישן מורכב מחולל מערבולות וגלאי מערבולת, האחראים בעיקר על מדידת זרימת אספקת האוויר והמרתה לאות תדר מתאים. אות תדר זה עובר עיצוב והגברה בתוך הממיר, ומוציא אות בקרה DC ​​4-20mA למרכז הבקרה. שם, זרימת האוויר הנמדדת מוצגת, מתועדת ומנתחת, המשמשת אסמכתא קריטית למצב תפעול הדוד בתוך תחנת הכוח.

כאשר משתמשים במדדי זרימת מערבולת למדידת זרימת אוויר בדוד, יש לשקול היטב את בחירת טווח המכשירים ופיצוי טמפרטורה/לחץ. שמירה על זרימת הנוזל הנמדדת בתוך 1/2 עד 2/3 מהיכולת של מד זרימת המערבולת מבטיחה שהדיוק נשאר בגבולות המקובלים. בנוסף, יש לבחור מכשירים מתאימים למדידת טמפרטורה ולחץ כדי להשלים את מד זרימת המערבולת, וליצור מערכת בקרת אוטומציה של דוודים מדויקת ומדויקת. עם ההתקדמות בטכנולוגיית המחשבים והמיקרו-אלקטרוניקה, מדי זרימת מערבולת אינטליגנטים הפכו לאימוץ נרחב. עם יכולות כיול זרימה ויכולות אבחון עצמי-, הם מאפשרים בקרה גמישה יותר המבוססת על תנאי ההפעלה של דודי תחנת הכוח ומבצעים תיקון שגיאות, המייצגים טכנולוגיה בוגרת יותר.

2.2 יישום בתהליכי פיזור גזי פליטה

מדי זרימה נמצאים בשימוש נרחב גם בתהליכי הסרת גזי פליטה של ​​תחנת כוח. בשל תכולת אבק גבוהה, טמפרטורות גבוהות ומאפיינים קורוזיביים של פליטת גזי פליטה, יחד עם תנאים סוערים ומתערבלים בתעלות ארובות הדוד, מדידת זרימה מדויקת היא מאתגרת. כתוצאה מכך, נדרשות מספר נקודות מדידה לחישוב ערכים ממוצעים. נקודות המדידה הרבות בתחנות כוח-כולל אוויר ראשוני, אוויר משני, גז הזנת דוודים וגז פליטה מופרת-מהווים אתגרים משמעותיים לניטור גזי הפליטה. מדי זרימת גזי פליטה להסרת גופרית משתמשים בעקרון ייחודי המבוסס על פיזור תרמי. הם ממירים את הקשר בין הפרש הטמפרטורה על פני החיישן RTD וקצב הזרימה לפלט אות זרימה ליניארי. בשילוב עם מודלים מיוחדים של נתוני זרימה ותיאוריית בקרה מטושטשת, הם יוצרים אותות בקרה. בקרת המערכת מושגת באמצעות בדיקות חישה-יעודיות של טעינה והתקני גירוד.

3. יישומי מד זרימה במערכות תהליכי טיפול בשפכים

מערכות לטיפול בשפכי מפעל תרופות

עם התקדמותה המהירה של התעשייה המודרנית, החשיבות של טיפול בשפכים עירוני ממשיכה לגדול. מדי זרימה מצאו יישום נרחב במתקני טיהור שפכים אוטומטיים. שפכים מכילים מוצקים מרחפים, שפכים, זיהומים, פתוגנים ועוד. לנקודות ניטור שונות יש דרישות שונות עבור מדי זרימה. מדי זרימה אלקטרומגנטיים ומדי זרימה קוליים מיושמים שניהם, כאשר מדי זרימה קוליים זוכים לשימוש רב יותר בשנים האחרונות בשל הדיוק הגבוה, האינטגרציה הטובה והגודל הקומפקטי שלהם.

ניקח לדוגמא את היישום של מדי זרימה על-קוליים בטיפול בשפכים: על-ידי שילוב מדי זרימה על-קוליים עם תעלת פרשל, מנוטר זרימת קולחים לשליטה על שסתומי זרימה ומעקפים, ובכך משיגים ויסות זרימה בטיפול בשפכים. בתוך מערכת הבקרה האוטומטית של זרימה קולית, חיישנים קוליים מזהים מידע על זרימה. על ידי מדידת המרחק ממצב האפס לסרעפת החיישן וטווח הסולם המלא, נקבעת זרימת השפכים בפועל התואמת לגובה ומועברת למיקרו-מעבד המרכזי של מערכת הבקרה. לאחר ההמרה, אות פולס של 4-20 mA יוצא לבקר הניתן לתכנות בחדר הבקרה המרכזי. לאחר התקשורת, מסוף הניהול מציג מידע כולל קצב זרימה מיידי, ערך מקסימלי, ערכי מינימום וממוצעים. הוא תומך בסטטיסטיקות זרימה והדפסה, ופועל על בסיס לוגיקה של אבחון תקלות.

כאשר מתרחשות תקלות במערכת או זרימה חריגה, היא מוציאה מידע אזעקה, מה שמנחה את המפעילים להתאים את שסתום הכניסה ושסתום המעקף לבקרת זרימה, ובכך לעמוד בדרישות הייצור של תהליך הטיפול בשפכים. מערכות בקרה מתקדמות יותר יכולות להתייחס לזרימה כאל קלט משתנה ל-PLC בחדר הבקרה המרכזי. זה מאפשר חישוב פרוגרמטי ישיר ובקרה על מרווחי ההתאמה של שסתום הכניסה ושסתום המעקף. במקביל, המרת שסתומים אלה להנעה חשמלית מבטלת את הצורך בהתערבות ידנית של המפעיל, מה שמשפר עוד יותר את יעילות המערכת.

מעבר ליישומים אלו, מדי זרימה מנוצלים באופן נרחב בתהליכי הסרת גופרית, מערכות אספקת חשמל בזרם ישר, טיפול בשפכי גיזוז פחם, מדידת אנרגיה, הגנת הסביבה ותחומים נוספים, החודרים לכל שלב המרת אנרגיה בייצור תעשייתי. עם התקדמות מתמשכת של אוטומציה תעשייתית והפיתוח המהיר של טכנולוגיית מיקרו-אלקטרוניקה ממוחשבת, מדי זרימה הפכו מעיצובים מכניים לאלקטרוניים. סוגים חדשים של מדי זרימה ממשיכים לצוץ, המשחקים תפקיד משמעותי יותר ויותר בכלכלה הלאומית של סין ומפגינים סיכויי פיתוח מבטיחים.