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磁翻板液位計等現(xiàn)場液位儀表失靈故障可靠的報警解決辦法
石化行業(yè)的生產過程之中，對于液位的監(jiān)測與控制是一項重要的工作內容，無論是對于生產效率，產品質量，甚至涉及到到系統(tǒng)的重大安全風險都是無法忽視的，因此就需要對于自動化控制系統(tǒng)中彩信的液位數(shù)據要求有高的可靠性。本文即針對于磁翻板液位計(變送器)等現(xiàn)場液位儀表在生產過程中出現(xiàn)的諸如失真，造成DCS系統(tǒng)控制失靈的故障，提出可靠的報警解決辦法。
1引言
石油、化工生產系統(tǒng)中，有的裝置中液位控制極為重要，偶然牽涉系統(tǒng)的重大安全風險問題，它要求自動控制系統(tǒng)中采集的液位信息具有高可靠性。例如，油田聯(lián)合站液化氣生產制冷系統(tǒng)中丙烷中間分離器，該液位控制屬于高風險的環(huán)節(jié)，正常情況下分離器功能是：分離器頂部氣相進入丙烷制冷壓縮機二級進口，液相進入丙烷蒸發(fā)器，見圖1。如果液位失控，高液位會導致丙烷進入壓縮機，直接威脅制冷壓縮機的安全，低液位會造成丙烷蒸發(fā)器液位低，影響整個制冷系統(tǒng)的效果。只有保證液位信息真實可靠，DCS控制系統(tǒng)方能正確運行，才能有效地保障生產和安全。實際生產中，測量信號受振動、凍堵、臟堵、電路故障等影響，經常出現(xiàn)“假液位”現(xiàn)象。本文針對液位變送器在生產過程中出現(xiàn)的失真，造成DCS系統(tǒng)控制失靈的問題，提出可靠的報警解決辦法（基于歐陸2500組成的DCS系統(tǒng)）。
2進步裝置液位測量可靠性的軟硬件設施
DCS系統(tǒng)由上位機、下位機、測量變送器、調節(jié)器（閥）以及各種驅動、操作系統(tǒng)等組成。下位機和液位變送器的工作原理簡述如下：
2.1歐陸2500智能遠程I/O控制器
歐陸2500控制器組成的DCS系統(tǒng)下位機，精度高，性能好，能提供*實用的控制功能。2500I/O控制模件通過Modbus或Profibus協(xié)議與上位機進行通訊，用于信號調節(jié)、監(jiān)督報警以及遠程數(shù)據采集。2500I/O控制模件有高穩(wěn)定性的PID功能塊，可以支持組成強大的控制策略的能力。在Windows操作系統(tǒng)下，使用組態(tài)軟件包"iTools"用以2500的組態(tài)。"iTools"可設置分派I/O點；設置PID功能塊、Toolkit功能塊；互連不同變量、報警、功能塊等。其中Toolkit功能塊可支持當場的數(shù)學、邏輯運算。
2.2電動浮筒液位計變送器和磁翻板液位計(變送器)
2.2.1電動浮筒液位變送器
變送是基于阿基米德定律及力平衡原理工作的。相當于被測液面高度的浮筒懸掛在下杠桿端部，液位上升時，浮筒沉醉在液體中，并受到阿基米德定律向上的浮力作用。其浮力F等于：
F=1/4πD2·H·ρ
式中：D：浮筒外徑
H：液位高度
Ρ：介質密度
當液位上升時，浮筒失去自重，支承點杠桿力發(fā)生變化，通過稱重傳感器測得浮筒浮力的大小，即可得到液面的高度。經轉換，輸出與液位高度成比例的4～20mA.DC標準信號。遠傳至控制室，實現(xiàn)遠程液位顯示或工藝流程的控制。
2.2.2磁翻板液位計(變送器)
浮子液位變送器是采用磁耦合原理，將磁開關信號轉化成電阻線性變化。浮子液位變送器是由液位傳感器和電流轉換器兩片面組成，浮子與液位同步變化，控制磁開關吸合或斷開，從而使傳感器內電阻呈線性變化，再將電阻變化轉化成4～20mADC標準電流信號輸出，實現(xiàn)液位的遠傳測量與控制。
3設計思想
采用兩套液位變送器進行測量，其中采用電動浮筒液位變送器的數(shù)據，參與組成PID控制回路；另一套磁浮子變送器的數(shù)據，用于對電動浮筒液位變送器數(shù)據的跟蹤校驗。比較兩數(shù)據在一定誤差范圍內是否相符，以識別信息的可靠性。因兩種變送器測量原理不同，同時出故障的概率極小，而且同時出故障時數(shù)據大小相符的概率幾乎為零。因此，該方法可有效地進步液位測量的可靠性?，F(xiàn)以油田液化氣生產過程中，制冷劑丙烷中間分離器為例，形貌一下實現(xiàn)重點裝置液位失真報警的方案(系統(tǒng)組成：下位機———歐陸2500智能遠程控制系統(tǒng)；上位機———組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng))。
①丙烷中間分離器罐體上加裝液位計
原系統(tǒng)是用電動浮筒液位變送器對中間分離器檢測液位數(shù)據，現(xiàn)在在該罐體上加裝一套磁翻板液位計(變送器)，與電動浮筒液位變送器等量程，安裝等高度。
②下位機加裝硬件
在DIN導軌上加裝一塊2500M/AI2雙通道模擬輸入模件；2500M/RLY4四通道繼電器輸出模件；WS1525A隔離配電器；4組保險端子。電路接線如圖2、圖3：
③下位機組態(tài)
組態(tài)軟件包"iTools"用于2500的組態(tài)，進入iTools組態(tài)環(huán)境，對磁翻板液位計(變送器)模擬輸入信號組態(tài)，實現(xiàn)圖2的控制采集功能；
設置磁浮子液位高、低參數(shù)極限值，通過繼電器輸出模件，驅動聲光報警器，實現(xiàn)圖3的液位高報警和液位低報警功能；
行使Toolkit功能塊支持當場的數(shù)學運算功能，設置Input1等于電動浮筒液位數(shù)據（A），Input2等于磁翻板液位計數(shù)據（B），運算A-B，高限HiLimit設50，低限LoLimit設-50，即量程的±5％。輸出超限信息控制繼電器輸出模塊，驅動聲光報警器，實現(xiàn)圖3的液位失真報警功能。設置Toolkit的界面如圖4：
④上位機組態(tài)
進入組態(tài)王組態(tài)環(huán)境，在原有中間分離器畫面上，增加柱狀液面顯示窗口，將磁浮子液位數(shù)據與柱狀液面顯示窗口進行動畫連接。
將下位機的液位高報警、液位低報警和液位失真報警的參數(shù)，配置到運行系統(tǒng)標準報警窗口。
通過上述對原系統(tǒng)軟、硬件的增設，就*解決了該分離器液位測試儀表失真問題，無論是臟堵、凍堵、機械故障、還是電路故障，只要有一個數(shù)據失真，系統(tǒng)會參數(shù)對照，跟蹤報警。上位機和下位機都設置報警，有利于操作、監(jiān)督人員及時采取措施，為安全高效生產提供可靠的保障。
4生產應用
液化氣生產場所，高壓、易燃、易爆，我們根據安全生產的需求，對兩個裝置的液位自動控制進行了“高可靠性”升級革新。安裝調試后，運行正常，效果明顯，不但滿足了生產的需求，也排除了重大安全隱患。同時也為DCS自控系統(tǒng)中解決其他參數(shù)可靠性問題開辟了一條途徑。
5結語
對一個裝置采用兩套液位計測量，其中一套測量嵌入PID自動控制環(huán)節(jié)，控制出液調節(jié)閥，另一套測量只起“監(jiān)督”作用，其測量數(shù)據只與PID控制回路的液位數(shù)據做誤差運算。這樣的設計方案，在不改變下位機主控制回路基礎上，略加組態(tài)程序，即可對增加的硬件實現(xiàn)有效控制和運行，上位機監(jiān)控系統(tǒng)相應的變動也較少，整個升級革新調試極為便捷。