空盒氣壓表檢定壓力控制器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

空盒氣壓表檢定設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)氣壓示值和溫度系數(shù)的自動(dòng)檢定，提高儀表檢定、校準(zhǔn)的工作效率以及操作準(zhǔn)確度，簡化計(jì)量工作流程，降低工作強(qiáng)度。

1空盒氣壓表檢定

1.1動(dòng)作過程

壓力控制的動(dòng)作過程為：設(shè)備啟動(dòng)時(shí)真空泵、DT1高壓電磁閥、DT2低壓電磁閥都給電。泵的DT1高壓電磁閥用于給后端增加壓力，而DT2低壓電磁閥用于給后端減小壓力。需要注意的是，高壓和低壓兩側(cè)各有一個(gè)節(jié)流閥，分別用來調(diào)節(jié)正負(fù)氣壓流量的（規(guī)程要求5hPa/min），氣體流量的大小直接影響氣壓室的壓力值精度和穩(wěn)定性[1]。

1）當(dāng)箱內(nèi)氣壓＜檢定點(diǎn)氣壓時(shí)，真空泵對(duì)DT1高壓電磁閥加壓，當(dāng)箱內(nèi)氣壓達(dá)到預(yù)先設(shè)定的高壓緩沖罐氣壓時(shí)示值檢定箱氣動(dòng)原理圖（略高于檢定點(diǎn)），真空泵和DT1高壓電磁閥斷電，同時(shí)打開DT3高壓穩(wěn)定閥，使得高壓緩沖罐和箱內(nèi)氣壓相通，以調(diào)節(jié)箱內(nèi)氣壓。當(dāng)箱內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定點(diǎn)時(shí)，使DT3高壓穩(wěn)定閥關(guān)閉，箱內(nèi)進(jìn)入保壓階段，達(dá)到一定時(shí)間后進(jìn)行電磁鐵敲擊，再進(jìn)行送檢空盒氣壓表讀數(shù)。

2）當(dāng)箱內(nèi)氣壓＞檢定點(diǎn)氣壓時(shí)，真空泵對(duì)DT2低壓電磁閥減壓；當(dāng)箱內(nèi)氣壓達(dá)到預(yù)先設(shè)定的低壓緩沖罐氣壓時(shí)（略低于檢定點(diǎn)），真空泵和DT2低壓電磁閥斷電，同時(shí)打開DT4低壓穩(wěn)定閥，使得低壓緩沖罐和箱內(nèi)氣壓相通，以調(diào)節(jié)箱內(nèi)氣壓。當(dāng)箱內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)定點(diǎn)時(shí)，使DT4低壓穩(wěn)定閥關(guān)閉，箱內(nèi)進(jìn)入保壓階段，達(dá)到一定時(shí)間后進(jìn)行電磁鐵敲擊，再進(jìn)行送檢空盒氣壓表讀數(shù)。

1.2控制變量

根據(jù)圖1所示的檢定箱氣動(dòng)原理圖，可以整理歸納出要控制的節(jié)點(diǎn)類型[2]。

DO1：真空泵繼電器

DO2：DT1高壓閥繼電器

DO3：DT2低壓閥繼電器

DO4：DT3高壓穩(wěn)定閥繼電器

DO5：DT4低壓穩(wěn)定閥繼電器

DO6：電磁鐵繼電器（手動(dòng)）

檢定系統(tǒng)軟件界面圖

AI1：高壓緩沖罐壓力傳感器

AI2：低壓緩沖罐壓力傳感器

AI3：氣壓箱壓力傳感器

AI4：氣壓箱溫度傳感器

AI5：氣壓標(biāo)準(zhǔn)器（mA或者232輸出）

檢定設(shè)備可對(duì)3種氣壓儀器進(jìn)行檢定：

1）空盒氣壓表，包括平原空盒表（800hPa～1050hPa）檢定點(diǎn)依次為：1050、1010、960、910、860、810、800、810、860、910、960、1010、1050，共13個(gè)檢定點(diǎn)。高原空盒表（500hPa～1050hPa），檢定點(diǎn)依次為：1050、1010、960、910、860、810、760、710、660、610、560、510、500、510、560、610、660、710、760、810、860、910、960、1010、1050，共25個(gè)檢定點(diǎn)。

2）空盒氣壓計(jì)，檢定過程同樣是高壓至低壓再至高壓（900hPa～1050hPa），檢定點(diǎn)依次為：1050、1010、960、900、960、1010、1050，共7個(gè)檢定點(diǎn)。

3）振筒類氣壓儀，檢定裝置預(yù)留了多個(gè)機(jī)械分支口與氣壓箱相通以放便檢定連接。

因此，控制系統(tǒng)與檢定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的變量表包括：m總檢定點(diǎn)數(shù)、n換向點(diǎn)數(shù)、P[m]逐個(gè)檢定點(diǎn)氣壓值。由于被檢氣壓表沒有電信號(hào)接口，需要人工輸入各個(gè)被檢表的示值。

1.3溫度系數(shù)

空盒氣壓表附屬溫度表標(biāo)度范圍為-11.0℃～41.0℃，非常大允許誤差為±1.0℃。溫度系數(shù)Kt用公式求出：Kt=（?P1-?P2）/（t1-t2）（hPa/℃，取兩位小數(shù)）式中：?P1在高溫點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)氣壓值和空盒氣壓表、空盒氣壓計(jì)氣壓示值的氣壓差值，hPa；?P2在高溫點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)氣壓值和空盒氣壓表、空盒氣壓計(jì)氣壓示值的氣壓差20190629143901.jpg值，hPa；t1高溫點(diǎn)的溫度值，℃；t2低溫點(diǎn)的溫度值，℃。具體溫度系數(shù)的數(shù)值要求范圍見《JJG272-2007空盒氣壓表和空盒氣壓計(jì)檢定規(guī)程》表1中的內(nèi)容[3,4]。

2PID控制原理

PID控制包括定位點(diǎn)設(shè)置、偏差計(jì)算、比例控制、積分控制和微分控制。PID控制算法包括IND和ISA兩種方式：

CVout=(Kp*Error)+(Ki*Error*dt)+(Kd*Derivative)+CVBias

CVout=Kp*(Error+(Error*dt/Ti))+(Td*Derivative)+CVBias

Derivative

dt是測(cè)量時(shí)間，Derivative是導(dǎo)數(shù)值，可以為（當(dāng)前誤差-以前誤差）/dt，也可以配置為（當(dāng)前測(cè)量值-以前測(cè)量值）/dt，Ti是積分時(shí)間，Td是微分時(shí)間。K是按PVstep/Cvstep計(jì)算開環(huán)增益。Kp是比例增益，非常終反饋給系統(tǒng)的錯(cuò)誤值的數(shù)量。Ki是積分增益，時(shí)間越快，積分部分的增益就越大。Kd是導(dǎo)數(shù)增益，表示有多少變化率反饋給系統(tǒng)。SP是設(shè)定點(diǎn)，為需要達(dá)到和維護(hù)的值。PV是過程變量，為過程的測(cè)量輸出的壓力值。CV是控制變量，將PID函數(shù)應(yīng)用于控制過程的結(jié)果，而這個(gè)值包含比例、積分、微分和偏置的分量[5]。

IND方式采用標(biāo)準(zhǔn)PID算法，調(diào)節(jié)效果更精確，適用于專家級(jí)或精度要求嚴(yán)格的項(xiàng)目。而ISA方式調(diào)節(jié)簡單、快速，但精度效果一般，適用于初級(jí)應(yīng)用或精度要求一般的項(xiàng)目。在一些典型的工業(yè)過程控制中，往往需要控制一個(gè)過程參數(shù)，如溫度或壓力值，可以應(yīng)用開環(huán)控制。

在這樣的系統(tǒng)中，控制器接收來自用戶的設(shè)定值。然控制過程圖后控制器生成一個(gè)值再發(fā)送，稱為控制變量。而所需的參數(shù)是流程變量，它根據(jù)流程控制器發(fā)送的值進(jìn)行更改。流程控制器無法確定流程是否實(shí)際生成了正確的流程變量[6]。

在要求響應(yīng)速度的許多情況下，這就足夠了。但這些假設(shè)往往是不正確或不準(zhǔn)確的。大多數(shù)過程控制系統(tǒng)使用閉環(huán)反饋，也做閉環(huán)系統(tǒng)。動(dòng)作的控制器稱為比例控制器。實(shí)際上，誤差實(shí)際上是全范圍誤差的一部分（通常用百分比表示）?？刂七^程需要更長的時(shí)間，但是完全控制失”導(dǎo)致的鍋爐MFT。經(jīng)分析，C煤粉層未投用、燃?xì)鈱游赐队?，點(diǎn)火記憶這3個(gè)條件都輸出為“1”。鍋爐在運(yùn)行過程中僅有A、B磨煤機(jī)運(yùn)行，即A、B兩層煤粉層投用，在圖11鍋爐燃料喪失邏輯中輸出為“0”。

查A煤層和B煤層運(yùn)行過程中的8個(gè)火檢信號(hào)的歷史趨勢(shì)。在同一時(shí)刻，兩個(gè)煤層各有兩個(gè)火檢信號(hào)消失，即不滿足圖9中煤層火檢有火（4取3）條件，即A煤層和B煤層未投用，即滿足圖11鍋爐燃料喪失邏輯。因此，導(dǎo)致MFT，鍋爐停止運(yùn)行。

5.2火檢信號(hào)聯(lián)鎖變更過

由5.1節(jié)的事故原因分析可知，鍋爐MFT主要原因是投用的A、B兩煤層中，各有兩個(gè)火檢信號(hào)丟失，判斷火檢信號(hào)（4取2）無火，即煤層不能投用。與火檢信號(hào)參與“磨機(jī)跳閘”邏輯中，火檢信號(hào)（4取3）無火的邏輯沖突，即整體邏輯不嚴(yán)密，存在漏洞。

在FSSS中，“鍋爐燃料喪失”與“全爐膛滅火”都使用了火檢信號(hào)，屬于重復(fù)使用。

因此，將“煤層投用”邏輯中的火檢判斷條件取消，即可以保證鍋爐更加平穩(wěn)運(yùn)行。

6火檢探頭維護(hù)

由上述文章闡述可知，火檢信號(hào)是FSSS的判斷條件之一?；鹧鏅z測(cè)器的探頭安裝在鍋爐爐膛內(nèi)，處于1000℃以上的輻射熱中，火檢探頭較容易損壞。因此，需要工藝控制人員與儀表維護(hù)人員共同努力保證火焰檢測(cè)器輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性。

6.1工藝控制

火檢冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行，不斷提供冷卻風(fēng)給火檢探頭降溫，是保證火檢探頭壽命和準(zhǔn)確度的措施之一。特別注意的是：在鍋爐開車之前火檢風(fēng)機(jī)必須運(yùn)行；鍋爐停車之后，火檢風(fēng)機(jī)運(yùn)行直至爐膛溫度降至常溫。

6.2儀表維護(hù)

鍋爐在運(yùn)行過程中，若是發(fā)現(xiàn)火檢信號(hào)不穩(wěn)定，儀表人員切除火檢信號(hào)參與的控制后，拆卸火檢探頭，清洗光學(xué)鏡頭組，使火檢探頭更準(zhǔn)確地聚焦火焰信號(hào)。當(dāng)鍋爐停車后，若火檢風(fēng)機(jī)故障，可拆除火檢探頭避免高溫輻射熱損壞火檢探頭。

7小結(jié)

本文對(duì)火焰檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行介紹說明，對(duì)火焰檢測(cè)器在天盈石化鍋爐上的應(yīng)用和維護(hù)從各個(gè)方面進(jìn)行闡述，并描述具體事故，分析說明鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵是火檢信號(hào)參與FSSS控制邏輯的嚴(yán)密性和火焰檢測(cè)器信號(hào)輸出的準(zhǔn)確性。本文關(guān)于火焰檢測(cè)器在鍋爐上的使用及維護(hù)具有一定的指導(dǎo)意義。