智能變送器在石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用的幾個問題及注意

摘要:智能變送器在石油化工生產(chǎn)中的應(yīng)用已越來越廣泛, 隨著智能變送器應(yīng)用場合的迅速擴展, 應(yīng)用中一些問題也暴露出來。就中山聯(lián)成化學(xué)工業(yè)有限公司在應(yīng)用智能變送器遇到的幾個問題提出討論。

         中山聯(lián)成化學(xué)工業(yè)有限公司是生產(chǎn)酸酐及增塑劑系列產(chǎn)品的大型石油化工廠(外資), 一期40kt/a PA(苯酐), 90 kt/a DOP 系列增塑劑, 該工廠控制系統(tǒng)采用Honeywell 的TDC-3000 LCN(苯酐廠)和SLKAN 3000/S 9000(增塑劑廠), 現(xiàn)場儀表主要采用Honeywell 的ST 3000 , Rosement 的3051 及川儀/橫河的EJA 等系列智能變送器。這些智能變送器精度高, 故障率低, 調(diào)校維護方便, 但是由于工廠的一些具體情況, 在使用中曾出現(xiàn)某些問題, 現(xiàn)將問題及其原因分析討論如下。

1　電纜太長, 智能變送器現(xiàn)場不通訊
           碼槽區(qū)原采用ST 3000 單法蘭液位變送器進行儲罐的液位測量, 運行良好。2000 年1 月, 新投用的鄰二甲苯罐的液位測量LIA-009A 采用EJA(HART 協(xié)議)單法蘭液位變送器并在TDC-3000LCN 系統(tǒng)顯示。投用時, 用268 通訊器校驗檢查,不通訊。通訊器顯示“no device found” , 現(xiàn)場檢查,電壓為22.3 V , 正常。撤回車間校驗, 通訊及儀表工作一切正常, 回裝, 仍不通訊, 但儀表運行良好。

         原因分析:電纜過長, 電纜電容大于HART 通訊設(shè)備允許的最大電容。

         因為HART 通訊頻率較高(1 ～ 2 kHz 左右), 要求網(wǎng)絡(luò)的T =RC(時間常數(shù))不大于0.65 μs 。因此HART 通訊設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的最大電容限制了通訊最大距離,HART 通訊最大距離計算公式。

最大電纜長度m =(160000 -Cmaster)/Ccable

式中　160000 ———是根據(jù)HART 通訊網(wǎng)絡(luò)允許的時間常數(shù)計算而得的常數(shù), 反映通訊網(wǎng)絡(luò)允許的最大電容, pF ;
Cmaster ———控制系統(tǒng)或HART 濾波器的電容, pF ;
Ccable ———電纜分布電容, pF/m 。
LIA-009A 傳輸電纜長度約650 m, 采用BS5308/2 , 1.5 sq 電纜, Ccable =400 pF/m ;R cable =0 .025 Ψ/m 。
TDC-3000 LCN(HPM)Cmaster 不太大, 為計算方便假設(shè)Cmaster =0 。

計算:
         1)最大電纜長度Lmax =160000/400 =400 m <650 m , 實際上Cmaster ≠0 , 實際允許最大電纜長度小于400 m。
         2)網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)T =RC =(0 .025 ×650)×(400 ×650)/1000000 =4.2 μs >0 .65 μs 。

         可見由于電纜原故, 使得網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)太大, 導(dǎo)致通訊波形嚴重失真, 而無法通訊, 但對模擬信號沒有影響, 改用2.5sq 的交聯(lián)電纜(Cmaster為90pF/m)即可解決。
         ST 3000 變送器采用DE 通訊協(xié)議, 通訊頻率較低, 網(wǎng)絡(luò)的最大時間常數(shù)T =RC =104 μs , 允許的電纜分布電容比HART 協(xié)議寬容得多, 因此同樣情況的8 臺ST 3000 變送器, 通訊均正常。

2　變頻器載波干擾, 智能變送器現(xiàn)場不通訊, 甚至變送器誤指示
         中山聯(lián)成供臺達(中山)化工有限公司的100kt/a 發(fā)泡聚苯乙烯(EPS)裝置物料的6 臺計量儀表:5 臺3051 差壓變送器, 1 臺渦街流量計(HART 協(xié)議), 2000 年3 月投運, 僅1 臺差壓變送器能正常工作, 其余均不能通訊。在流量為零時, 1臺差壓變送器指示48 %, 1 臺指示在0 ～ 25 %周期變化, 其余顯示故障;渦街流量計則顯示10000 m3/h 左右(儀表量程為0 ～ 300 m3/h , 儀表常數(shù)為
6907.15 p/m3)。檢查現(xiàn)場電壓均正常, 撤回車間校驗, 通訊及儀表工作一切正常。我們在指示48 %的3051 差壓變送器進行試驗時, 并聯(lián)0.1μF電容, 雖不能通訊, 但指示正確。在渦街流量計試驗, 甩開原連線, 改用現(xiàn)場臨時供電現(xiàn)場指示, 工作正常。可以確認, 這是線路干擾的影響。根據(jù)渦街流量計誤指示讀數(shù)可以計算干擾頻率。干擾頻率(f)=6907 .15/(10000/3600)=2kHz 。

         原因分析:這是2 kHz 左右的高頻電磁干擾影響275 通訊器通訊, 甚者模擬通訊器的信號, 使差變產(chǎn)生錯誤的輸出。

         HART 協(xié)議采用基于Boll 通訊標準的FSK(移頻鍵控)技術(shù), 通過在4 ～ 20 mA 電流上疊加頻率信號實現(xiàn)數(shù)字通訊。兩個不同頻率, 1200Hz 和2200Hz 正弦波疊加在4 ～ 20 mA 電流回路上。這些頻率代表數(shù)字1 和0(見圖1), 這些正弦波的平均值為0 , 因此在不中斷傳輸信號的情況下, 完成了真正的同步通訊。因為苯酐裝置是舊廠搬遷, 原采用的是60 Hz的電機/泵, 為適應(yīng)50 Hz 的電源, 采用大量的變頻器。變頻器的輸出是一種載波的交流電流(電壓),如圖2 所示。

         變頻器的載波頻率取決于其型號及容量, 一般為2.0 ～ 16 .0 kHz(根據(jù)負荷組態(tài))。苯酐裝置采用HITACHI J 300-110HF 95(VT)和150 HF 5(VT)型,載波頻率大都組態(tài)設(shè)置為2 kHz(這與干擾頻率測試結(jié)果相同), 與HART 通訊頻率十分相近, 因此,這個“0” 信號頻率附近的雜波影響Smart 變送器,使它不能正確響應(yīng)275 的信號, 甚至按此信號錯誤地轉(zhuǎn)為電流輸出或其他錯誤的操作方式。

         我們采取增大儀表電纜與動力電纜槽架的距離的改造措施, 改造后誤指示與不能通訊問題立即解決。

3　體會
         通過智能變送器使用中出現(xiàn)的問題及分析, 我們認為應(yīng)用智能變送器時應(yīng)注意:
         1)電纜的分布電容對通訊的影響, 對于距離較長的信號傳送, 應(yīng)選用分布電容較低的電纜。
         2)避免高頻干擾, 特別是工廠中采用大功率的變頻器時。

         隨著智能變送器及變頻器應(yīng)用普及, 我們認為與智能變送器有關(guān)的設(shè)計、安裝規(guī)范有補充或修正的必要。