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淺談脫水工序中電磁流量計替代遠程脈沖水表的應用

來源:ramondemelo.com作者:發表時間:2019-02-13

 目前,遠程脈沖水表在計量領域應用廣泛,但進口水表存在采購周期長、價格高昂等問題。論文總結了進口脈沖水表在實際生產運行中存在的問題,通過闡述遠程脈沖水表的工作原理,提出了用國產脈沖水表和電磁流量計替代進口脈沖水表 2 種措施,希望能為行業內進口遠程脈沖水表的國產化替代提供借鑒。

 
1 引言
脫水工序的配藥系統(絮凝劑制備系統)常因為進口脈沖水表故障而導致系統停運,嚴重影響生產的正常運行。本文通過闡述進口脈沖水表的工作原理,通過技改創新,將國產水表與電磁流相結合,解決了進口遠程脈沖水表的問題。
 
2 遠程脈沖水表
水表一般用于計量累計流量[1],而絮凝劑制備系統(進口設備)的遠程脈沖水表則用于測量進水瞬時流量。它的工作原理是:水流驅動表中的葉輪,再由葉輪帶動變比齒輪,由于在齒輪上安裝了磁片,磁片上部安裝了干簧管[2],當磁片接近干
簧管時,使干簧管發出脈沖信號,PLC 控制系統接收該脈沖信號,再根據單位時間內的脈沖信號個數轉換成瞬時流量。絮凝劑制備系統的 PLC 控制系統只有一個 CPU 模塊(10 個數字量輸出通道,16 個數字量輸入通道),沒有拓展模塊用于處理模擬量信號,但工藝要求必須要有“進水流量”這個模擬量數字指標,這時可通過水表的脈沖信號經 PLC 系統處理后得到“進水流量”這個指標,其計算原理是在單位時間 T 內接收到的脈沖數量 P 乘以脈沖當量 S,計算公式為:瞬時流量(I)=脈沖數量(P)×脈沖當量(S)/時間(T)該計算方式彌補了 PLC 控制系統沒有模擬量模塊的缺陷,但是存在一定的延時性和誤差。通過長時間的生產實踐,對于精度要求不高的場合,該延時和誤差對絮凝劑制備系統并未造成影響。
 
3 遠程脈沖水表存在的問題
3. 1 存在卡頓現象
遠程脈沖水表的動力裝置是葉輪,當水流通過葉輪時,帶動葉輪旋轉,而水流的流速與葉輪的轉速成正比,因水流驅動葉輪出噴口的截面積為常數,故葉輪的轉速與流量也成正比。因生產用水中含有少量雜質,長時間運行后,水表葉輪會逐步聚集纏繞部分纖維物,導致水表不能正常工作。
 
3. 2 采購周期及成本
該類進口遠程脈沖水表采購周期長且費用高,當設備損壞需要維修或更換時,會因采購周期長嚴重影響生產的持續運行,且因費用高導致性價比低。
 
4 解決方案
4. 1 用國產遠程脈沖水表替換
直接采用國產遠程脈沖水表進行替換,性價比高,選型的要求有 3 點:(1)水表的口徑大小要一致;(2)水表為遠程脈沖水表;(3)水表的脈沖當量為 0.25L/脈沖。
 
4. 2 用電磁流量計替換遠程脈沖水表
電磁流量計一般都設有脈沖輸出功能,主要用于計算累計流量,對于特殊的需求亦可用于測量瞬時流量。但是,一般電磁流量計的脈沖當量是 10 的指數倍 (100L/脈沖、10L/脈沖、1L/脈沖、0.1 L/脈沖、0.01 L/脈沖),不能根據實際需求輸入任意值(合理范圍),例如,不能實現電磁流量計的脈沖當量改為 0.25L/脈沖。對于該問題,可以通過借助 PLC 系統(Step7-200CN)處理該脈沖信號,電磁流量計的脈沖當量選擇0.1L/脈沖,PLC 系統的程序設計為每接收到 25 個電磁流量計的脈沖信號就發送出 10 脈沖信號,再在 PLC 硬件上把輸入輸出對接上絮凝劑制備系統,該處理方式成功解決了脈沖當量的問題,具體程序如圖 1 和圖 2 所示。
脈沖輸出程序
需要注意的是脈沖轉換過程中的電壓問題。絮凝劑制備系統接收的脈沖信號是 DC24V,而經過 Step7-200CN 轉換后的脈沖信號是 AC220V。對于解決脈沖電壓不對等的問題,只需增加 1 個中間繼電器,把 AC220V 與 DC24V 進行隔離即可。由此帶來 2 個問題:(1) 中間繼電器反應時間;(2)Step7-200CN 脈沖輸出時間。以中間繼電器施耐德 RXM.CB 系列為代表,其線圈打開時間和閉合時間均為 11ms,如果選用了該系列的中間繼電器,那么 PLC 程序里面的脈沖周期時間應大于 22ms(一般 PLC 的掃描周期都比 22ms 小,因此,不用考慮脈沖間隔及脈沖寬度的問題),否則會出現脈沖丟失現象(中間繼電器反應不過來)。
 
從圖 1 可知,該程序設定的脈沖周期為 150ms、脈沖輸出個數為 10 個,則輸出 10 個脈沖的時間為 1500ms。如果 PLC系統接收 25 個脈沖信號的時間 T1 小于 10 個脈沖輸出的時間T(以2 1500ms 為例),也會出現脈沖丟失現象,也可以理解為:上一次的脈沖串(10 個脈沖)還沒發送完下一次的脈沖串指令就已經下達。因此,輸出脈沖串的時間應小于接收脈沖串的時間,即 T1>T2。
 
5 國產遠程脈沖水表與電磁流量計的效果分析
5. 1 國產遠程脈沖水表
國產脈沖水表的優勢在于:(1)到貨周期快,國產脈沖水表的到貨周期一般是 2~3d,定做周期一般是 7d,相比于進口脈沖水表的到貨周期(約 56d)要短得多;(2)價格實惠,國產脈沖水表的價格約為 500 元,而進口脈沖水表的價格約為 10 000 元。同時在產品質量和運行穩定性方面差異并不大。
 
5. 2 電磁流量計
電磁流量計替代遠程脈沖水表的條件比較苛刻 (不修改絮凝劑制備系統的程序的前提下):需有現成的電磁流量計和可控的 PLC 控制系統,2 個條件缺一不可。同時國產電磁流量計相對國產脈沖水表的價格要貴,并且如果電磁流量計沒有現貨,則電磁流量計和水表的采購周期一樣,時間上并無優勢,同時,電磁流量計的脈沖信號需要經過其他 PLC 系統處理后才能接入絮凝劑制備系統中,或需要生產廠家來現場修改絮凝劑制備系統的 PLC 程序。該方式的優勢在于:(1)電磁流量計不存在卡頓問題,運行穩定;(2)水表出現問題后,維修時間比較短暫,無需采購設備時間。
 
6 結語
針對進口遠程脈沖水表在實際生產運行中存在的問題,通過采用國產脈沖水表和電磁流量計替換 2 種方式均可較好解決上述問題,同時具有采購周期短、采購成本低的優勢,為行業內進口遠程脈沖水表的國產化替代提供了借鑒意義。