熱電偶測溫技術在分散性控制系統（DCS）中的應用

 

【引言】

    在現代的企業生產中，熱電偶廣泛運用于測量-200-1300℃范圍內的測溫，在我們的電廠鍋爐測溫用得也比較多。在改造前我們都是直接將熱電偶的測量信號接入到單顯表計中，對于溫度補償都是人為的進行設定，因此測量的數據不太準確，不能真實地反映出鍋爐的運行狀況。

    在2011-2012對我廠的控制系統進行DCS改造后，有了較為先進的控制系統，對于熱電偶測溫的技術也有了較大的進步。有了更為準確的測量個冷端補償技術。對于鍋爐的正常運行提供了可靠的保障。下面我們就對DCS改造前后熱電偶測溫技術的運用進行一個簡要的分析。

 

一、改造前狀況

    改造前渡市電廠兩臺鍋爐的床溫及其它燃燒區域的測溫，采用K分度熱電偶測溫，測量信號經補償導線接近單顯表進行顯示，冷端溫度補償認為進行設定。其原理如圖所示

  

該測溫方式在運行過程中還存在一些不足：

 （1）耗材量大，每一個測量點就需要一套表計。

 （2）測量誤差大。

 （3）單顯表雖然技術比較成熟但并不先進，故障率高，檢修量大。

 （4）在使用中不方便，如需在顯示時需增加大量的電纜及表計。

 （5）測量顯示方式陳舊，占用屏柜空間面積大，測量點較多時運行人員監盤看不過來。

   為此，對于DCS改造來說淘汰老舊的測量顯示方式，引進了新的技術，對于我們電廠來說是一次重大的革新。

 

二、改造方案介紹

    我廠于2011年開始對2#機組進行改造，由原來的老式陳舊的繼電控制系統改為現有的先進的DCS集散控制系統，過后相繼于2012年同樣對1#機組進行了改造，都取得可較好的效果。

1、DCS系統的選擇

    基于我們電廠整個控制系統（鍋爐、汽機、電氣）的及價格、DCS系統的優點綜合考慮選擇了和利時公司的MACSV系統。和利時公司的MACSV系統有以下特點：

●在統一的系統平臺上提供管控一體化解決方案

●標準的Client/Server結構

●先進的現場總線技術

●支持OPC數據處理

●開放的網絡系統、操作系統和硬件結構系統

●標準的組態軟件功能

●控制系統提供方便的系統仿真、無擾下裝和數據回讀功能

●系統安裝方便且系統的冗余功能保證了系統的高可靠性

●系統具有較大的處理、故障監視和轉移功能

 

2、MACSV系統熱電偶測溫原理

    和利時公司的MACSV系統每個控制站內配有專用的熱電偶冷端補償模塊FM192A-CC，此模塊直接測量控制柜內的環境溫度產生的模擬電壓信號，所測溫度T與所產生的模擬電壓信號V成線性關系：T=100*V，與模塊FM141相連，將電壓信號轉化成數據庫中的數據點，作為熱電偶模擬量輸入模塊的冷端溫度補償。在現場的熱電偶溫度測量點采用直饋式，補償導線直接進入控制站內輸入模塊端，將現場的熱電偶元件的冷斷延伸至站內，利用站內FM192-CC模塊進行冷端補償。

 

3、熱電偶測溫元件（模塊）的選擇

   在和利時公司的MACSV系統對于熱電偶測溫元件我們選擇了FM147A型模塊。因為FM147A具有以下特點:

●FM147A模塊體積小、重量輕、安裝靈活。

●FM147A模塊具備帶電插拔功能?？稍谙到y帶電的情況下插拔本模塊，不會影響模塊及系統的正常運行。

●FM147A模塊可以定期檢測CPU工作狀態及熱電偶的短線情況，具有看門狗定時器電路，可以在模塊異常情況下自動復位。

●FM147A模塊提供了24V電源反向保護、通訊線等壓保護、信號輸入通道保護。

●FM147A模塊支持現場熱電偶信號對本模塊和有關測溫儀表的并接輸入。

●FM147A模塊可以處理-5mV-+75mV的熱電偶信號和0mV-+78.125mV內的線性毫伏信號。

 

4、FM147A模塊簡介

    FM147A模塊是智能型8路熱電偶模擬量輸入模塊，是和利時公司采用目前世界上先進的現場總線技術而新開發的工業現場級熱電偶模擬量輸入模塊。通過與配套的FM131A底座連接，用于處理現場熱電偶來的毫伏電壓和一般毫伏電壓輸入信號。FM147A模塊是智能型的現場總線產品，是和利時公司FM系列硬件系統的I/O單元的一種。

 

5、FM147A模塊原理說明

    FM147A模塊通過與配套的FM131A底座連接，然后通過底座的40個端子將8路現場信號引入，在通過64針連接器進入8路雙端輸入型TC模擬板。輸入后的熱電偶信號經過濾波、電壓變換，進入A/D轉換電路。轉換后的信號經過通道切換進入智能處理板，智能處理板根據此信號計算輸入信號的值，再經過DP總線傳到DP主站。

    其原理圖如下：

 

 

6、現場接線方式

在現場的運用例舉如下：

 

 

 

7、冷端溫度補償

    熱電偶信號的采用，必然涉及到溫度補償的問題。在我們這次的改造采用了DCS系統內溫度補償法，他是利用FM192A-CC產生的信號作為補償溫度信號。

此方法的優點是：

●能夠充分利用系統現有功能，提高系統利用率。

●減少總提補償點數，減少工業現場的測溫一次元件的安裝、調試和維護的工作量。

●補償溫度值設置和修改靈活

●溫度補償準確度高

    補償原理如下如：

 

 

 

三、熱電偶測溫原單顯表測量與DCS改造后測量效果對比

    為了總結DCS改造熱電偶測量溫度是否達到了預期的效果，為此我們做了一個簡單的實驗來對比：實驗方法就是對一只熱電偶采用恒溫箱（馬葫蘆）加熱用兩種方法顯示其測量的溫度值進行對比判斷，其測量數據如下表：

 

 

由表一和表二明顯可以看出老式的單顯表測量方法測量出的溫度值誤差較大，而DCS改造后的測量數據誤差較小，由此可以證明帶有冷端補償的DCS測量溫度的準確度相當高，改造取得了較好的效果。

 

四、結論

    對于此次DCS改造取得了較好的效果，整個控制系統（鍋爐、汽機、電氣）都改造的相當成功。

    對于我所分析的熱電偶測溫技術來說也是相當的完美，因為在鍋爐的運行溫度監測點都是在采用的熱電偶測溫來監視過路運行工況，在DCS改造這樣成功條件下位我們的鍋爐的安全運行提供了保障，因為這套系統能夠跟準確的測量出鍋爐內部的運行溫度，讓運行人員能夠更清楚的了解到鍋爐的運行工況，在不穩定運行時能夠及時的根據準確的參數做出判斷，及時調整鍋爐的運行。保障鍋爐安全運行。