基于工業(yè)調(diào)節(jié)器的壓力監(jiān)測報警裝置的設(shè)計

本文介紹一種基于工業(yè)調(diào)節(jié)器的管道壓力監(jiān)測裝置的設(shè)計實例，解決管道系統(tǒng)超壓造成爆管或損壞，系統(tǒng)不自帶壓力監(jiān)測的的情況下，需要實時記錄管道中介質(zhì)壓力，采集相關(guān)的數(shù)據(jù)用于設(shè)置系統(tǒng)的控制參數(shù)或進(jìn)行失效原因分析，以便相關(guān)技術(shù)人員采取措施解決具體實際的問題。

0引言

某企業(yè)的一套管道系統(tǒng)的泵單元偶發(fā)性出現(xiàn)破裂的情況，原管道系統(tǒng)的泵閥控制柜單元只能對管道壓力實現(xiàn)實時顯示功能，沒有記錄功能，泵單元破裂的原因由于缺少實時記錄的數(shù)據(jù)，是不是超壓或其它原因造成管道破裂無可用的壓力記錄進(jìn)行原因分析，企業(yè)更換兩次管道后，需要找出問題的根本原因并解決問題。采取必要的措施采集管道壓力的實時數(shù)據(jù)。為了方便采集系統(tǒng)的壓力用于分析并確認(rèn)爆管原因，設(shè)計該簡易壓力監(jiān)測報警單元，針對系統(tǒng)的壓力實時監(jiān)測并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)，分析爆管的原因并基于原因解決爆管問題。該壓力監(jiān)測記錄單元還可以延伸其功能，根據(jù)客戶的需求，只要更換其傳感器單元，可以用于監(jiān)測系統(tǒng)溫度并實時記錄實測的數(shù)據(jù)。

1系統(tǒng)控制柜組成及工作原理

考慮到客戶的控制系統(tǒng)比較老舊，無壓力監(jiān)測自動記錄功能，而且在原系統(tǒng)上直接擴(kuò)展也沒有條件。因此，單好設(shè)計一個帶記錄功能的壓力監(jiān)測控制柜，使用方便，要求簡單，只需要管道上接入壓力傳感器的位置并提供220V的電源即可。

1.1控制柜組成

本設(shè)計采用如下技術(shù)方案：這種管道壓力監(jiān)測報警裝置，主要由控制柜組成，控制柜包括柜體和安裝在柜體內(nèi)部的電源、微型斷路器F、兩個壓力變送器、三個中間繼電器、多個輔助接頭和人工智能控制器/工業(yè)調(diào)節(jié)器；柜體的前面設(shè)有操作面板、復(fù)位按鈕S1和報警指示燈P1；人工智能控制器/工業(yè)調(diào)節(jié)器是整個裝置的處理器，包括接線端子，接線端子含有二十個端子接口，端子接口如圖3所示；接線端子在操作面板的正后方；柜體安裝示意圖如圖1所示。

控制柜安裝示意圖

1.2工作原理

電路設(shè)計如圖2示。

電路原理圖

智能工業(yè)控制器是整個系統(tǒng)的處理器和核心，220V輸入電源經(jīng)微型斷路器控制輸入電源的通斷。被監(jiān)測信號的輸入為壓力傳感器信號，選用兩壓力傳感器接入到17/18/19端子，其中17為公共端子，壓力變送器端子自帶24V電源的饋電，無需外接直流電源。5/7；8/10端口為輸智能工業(yè)控制器端子出端口，輸出為無源開關(guān)信號，無源開關(guān)常開狀態(tài)，分別控制中繼KA1/KA2高低限報警繼電器的通斷電。

高限報警，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過設(shè)定值時，無源開關(guān)接通。220V電源接通中間繼電器KA1，KA1接通使輔助觸頭5-9接通，5-9接通使中繼KA3得電，中繼KA3運作使面板上的操作指示燈P1亮，同時無紙記錄儀內(nèi)部記錄報警一次。當(dāng)系統(tǒng)壓力降到報警值以內(nèi)時，按復(fù)位按鈕S1，KA3失電，報警指示燈滅。

低限報警，當(dāng)系統(tǒng)壓力低于設(shè)定值時，無源開關(guān)接通。220V電源接通中間繼電器KA2，KA2接通使輔助觸頭5-9接通，5-9接通使中繼KA3得電，中繼KA3運作使面板上的操作指示燈P1亮，同時無紙記錄儀內(nèi)部記錄報警一次。當(dāng)系統(tǒng)壓力高于報警值以內(nèi)時，按復(fù)位按鈕S1，KA3失電，報警指示燈滅。

操作面板輸出壓力實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以經(jīng)USB接口導(dǎo)出到U盤中。儀表內(nèi)置WEB服務(wù)器且具備以太網(wǎng)接口，可以通過以太網(wǎng)接口使用www瀏覽器對儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視及操作。

功能擴(kuò)展：11/12/13；14/15/16；17/18/19為三組壓力傳感器輸入通道，每組通道能與二個壓力傳感器壓力變送器MBS1900-2411-A1AB04連接監(jiān)測兩個壓力信號，一共能同時監(jiān)測6個不同的壓力信號。5/6/7；8/9/10為輸出接口，均輸出無源開關(guān)信號，做為高低設(shè)定值輸出的報警輸出，當(dāng)系統(tǒng)壓力恢復(fù)到設(shè)定值時，按下復(fù)位按鈕，指示燈滅。該人工智能工業(yè)控制器還有能用于溫度監(jiān)控作記錄，穩(wěn)定用溫度模塊和溫度傳感器就可以實際對溫度進(jìn)行監(jiān)控和記錄。

該控制柜能針對客戶要求,在客戶管道或容器設(shè)備上接入壓力傳感器傳感器，采集壓力轉(zhuǎn)換為4-20mA的信號，系統(tǒng)將采集的信號進(jìn)行連續(xù)記錄并保存如圖4。

2應(yīng)用場合及優(yōu)點

2.1應(yīng)用場合

管道系統(tǒng)超壓造成爆管或損壞，系統(tǒng)不自帶壓力監(jiān)測的的情況下，通過接入該監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)壓力的監(jiān)測和記錄。管道內(nèi)的介質(zhì)需要恒壓或控制在某一個壓力區(qū)間內(nèi)不可控時，而管道系統(tǒng)自身沒有這些數(shù)據(jù)的記錄功能，可以通過接入該監(jiān)測報警系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)分析和界定壓力不可控的原因。

2.2優(yōu)點

該單元結(jié)構(gòu)簡單，用戶只要提供220V的電源，被監(jiān)測的管道或容器上有傳感器接口；適用性強(qiáng)，壓力參數(shù)單智能工業(yè)控制器端子好和綜合監(jiān)測，可以根據(jù)客戶要求，延伸選擇測溫模塊和溫度傳感器，方便擴(kuò)展功能；硬件設(shè)計可靠，整機(jī)低功耗；雙CPU處理模式，一個ARM芯片用于處理圖形人機(jī)操作界面及數(shù)據(jù)記錄功能；好立的單片機(jī)CPU用于保證控制及采樣實時性，滿足嚴(yán)格的工業(yè)現(xiàn)場要求；通過4kV群脈沖抗干擾測試。優(yōu)異的抗干擾性能，使用高性能的元器件，大大降低通道間的干擾。豐富的數(shù)據(jù)記錄功能，儀表帶數(shù)據(jù)記錄功能可以顯示實時趨勢、光柱及歷史趨勢，并提供報表形式的記錄數(shù)據(jù)及報警記錄功能。擁有150M的存儲空間。存儲的數(shù)據(jù)不僅可以在儀表液晶屏上以曲線和數(shù)值進(jìn)行回放，也可以通過U盤導(dǎo)出在電腦上做進(jìn)一步分析處理。以太網(wǎng)接口實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，無紙記錄儀內(nèi)置WEB服務(wù)器且具備以太網(wǎng)接口，可以通過以太網(wǎng)接口使用www瀏覽器對儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視及操作。

儀表自身具有5個模塊插座，具備多分度輸入、調(diào)節(jié)，報警、通訊、記錄等功能。可按客戶要求進(jìn)行模塊擴(kuò)展和畫面組態(tài)。當(dāng)儀表自帶模塊組合達(dá)不到客戶需求時，還可以通過擴(kuò)展口連接各種型號的溫控器模塊、開關(guān)量I/O模塊或PLC等，非常多可以集成組態(tài)多達(dá)數(shù)十路的測量及控制回路。

3結(jié)束語

這套系統(tǒng)可用于客戶需要針對流體管道或容器內(nèi)的壓力進(jìn)行檢測和記錄。系統(tǒng)有三大功能：①連續(xù)監(jiān)測介質(zhì)的壓力，客戶可用根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)分析介質(zhì)壓力的穩(wěn)定性，從而了解整個系統(tǒng)的運行狀況是否良好，或評估整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。②能輸出報警信息，用戶可以根據(jù)自己的要求，設(shè)定壓力的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，當(dāng)壓力超過該值時，系統(tǒng)會報警并記錄報警信息。

通過引進(jìn)該系統(tǒng)，客戶能盡快找到系統(tǒng)壓力波動是造成破管的原因，并針對實時記錄的數(shù)據(jù)查到壓力波動的原因，從根本上解決系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定的問題。