多點輸入溫度變送器的應用

黨昊馳，李濤

（華陸工程科技有限責任公司，西安710065）

隨著計算機技術、網絡通信技術、信息化技術、自動化控制技術（4C技術）的發展，自動化領域發生了深刻變革，現場總線技術日益發展成熟并成為過程自動化領域的熱點技術。同時現場總線技術也將自動化控制帶入了一個全新的時代，并成為過程自動化領域的一個重要分支。某公司200kt／a粗苯精制項目采用了Emerson FF控制系統DeltaV。

1 工藝流程及背景介紹

粗苯精制是將粗苯經過5個連續的預蒸發器進行蒸發氣化，除去殘渣，再經過多級蒸發除去殘渣和重組分，輕組分通過加氫進入預反應器進行反應，預反應器頂部的氣相物流再到主反應器進一步反應，經過催化劑床層，進行脫硫、脫氮，烯烴加氫飽和，再進行冷卻分離，然后再經過精餾，通過N－甲酰嗎啉（NFM）溶劑萃取，將苯、甲苯、二甲苯分離出來。由于工藝過程為放熱反應，一些工藝介質流量的大小將導致溫度的劇烈變化。因此除了對設備有較高要求外，還會影響產品的質量和純度，也可能導致裝置的停車事故。由于苯是一種對環境和人類健康有危害的有機物，也是中國強制性環境保護標準中明確的幾種有毒有害介質之一。因此，對一些重要的反應器和精餾塔往往采用多點溫度檢測的方法以確保產品的質量，預防苯的泄漏。

因此在工藝過程中，溫度的監測和控制對保證裝置的正常運行尤其重要。對溫度的檢測可采用熱電阻和熱電偶方式，但熱電阻和熱點偶的使用比較混亂，針對該狀況，筆者將Rosemount的FF型848T八點輸入溫度變送器在該裝置中進行了應用，對現場工藝管線和設備進行密集式溫度監控。基于DeltaV系統的AMS與現場總線儀表無縫整合技術，并結合八點輸入溫度變送器的整體解決方案，不僅體現了FF技術的優點，也極大簡化了過程控制的設計，降低了成本費用，是傳統溫度監測設計模式的一次革新。

2 特 點

a）該溫度變送器是FF在溫度監測領域應用中的技術創新，其可適應的環境溫度為－40～85℃（－40～185℉），非冷凝相對濕度為0～100%。其八位獨立組態通道可隨意接入二線制、三線制熱電阻，熱電偶，毫伏表，歐姆表輸入組合，如圖1所示。該變送器能夠靠近過程裝置進行安裝，以提高數據準確性。該總線結構允許通過1個單H1現場總線回路傳送多達128個溫度測量信號。輸入／輸出絕緣在500V（交流）（707V（直流））條件下通過波峰因數測試，接受多種傳感器輸入類型，適用范圍比較廣。

圖1 八位獨立組態通道輸入組合示意

b）使用標準現場總線電源供電，運行時的直流電壓為9.0～32.0V，耐瞬變電壓保護器可以防止雷電、焊接、大型電氣設備或開關設備引起的回路線路瞬變感應對變送器造成的損壞，且該變送器具有快速響應的能力。

c）可接受現場設備的模擬輸入信號，可以將4～20mA信號送至FF。

d）FF提供多點溫度變送器內在診斷系統，診斷功能包括好、壞和不確定的測量狀態，以顯示連續測量狀態以及傳感器故障。同時該溫度變送器提供了1個復合模擬輸入功能（MAI）模塊，MAI模塊將8路模擬輸入（AI）整合到1個功能模塊進行通信，大幅提高了網絡效率，讀取8路輸入更新時間在1.5s之內。另外該溫度變送器還提供了4個輸入選擇器（ISEL）模塊，可采用不同的優先級將報警組態設置成高－高、高、低或低－低模式。除此之外，該溫度變送器還具備備用鏈路活動調度器（LAS）功能，可做為H1網段的Link Master使用。

3 系統拓撲結構

樹型拓撲結構如圖2所示。

圖2 系統的拓撲結構

圖2是一種比較經濟的結構形式。如果對現有電纜再利用時，這是首選的一種拓撲結構。該拓撲結構適合于如下場合：改造項目、現場設備密度高的特定區域和采用高速以太網（HSE）的項目。

當然采用該拓撲結構時，必須考慮主干電纜和分支電纜的最大長度。在組態和分配網絡／網段設備時，該拓撲結構具有很大的靈活性。在該拓撲結構中，總線電源是冗余配置，總線安全柵和終端電阻都已集成在FF接線盒里面。

4 技術性能

在該粗苯精制項目中全部采用熱電阻和熱電偶，既減低了操作人員在現場的危險系數，也大大提高了工藝運行工況的測量精度。通過兩年多的運行表明，FF技術及多點溫度變送器的應用是成功的，盡管僅限于溫度檢測方面，但是其規模較大，積累了大量使用經驗。這種高密度溫度測量，使用多路溫度采集器，首先消除了現場信號擁堵；其次，簡化了連接線路并減少了端子連接，因而減少了故障結點；再次，采用總線供電方式，減少了安裝設備時所需的接線工作量，同時熱電阻和熱電偶的可任意混合使用，顯著降低了儀表采購成本。另外，節省了大量的儀表電纜（包括補償導線），該項目節省電纜大約40km，總的儀表投資成本節省30%左右，同時也大幅減少了施工安裝和調試費用，達到50%左右，也確保了工程進度。

5 應用中需要注意的問題

5.1 接 地

接地是影響溫度讀數可靠性的關鍵因素，儀表信號導線不得用于接地。儀表安全接地必須通過信號電纜之外的獨立導線，而FF網段不允許任何接地，否則將會引起總線上所有的設備失去通信功能，總線中的任一根接地導致該總線網路／網段上的所有設備通信中斷。圖3所示是一種可選的FF接地方法。

圖3 FF接地的方法示意

5.2 終端電阻

網段上需連接終端電阻，防止信號反射，并起負載作用。所有位于現場的終端電阻都應安裝在接線盒中，終端電阻不得安裝在現場總線設備中。

5.3 總線供電

現場總線設備可由網段（總線）供電，供電電壓取決于總線的電纜長度和電阻，而現場總線電纜的長度和網段上設備的數量受配電、衰減值和信號失真的限制。要保證足夠的信號質量（可接受的衰減值和失真），在配置現場總線網段時需要考慮以下幾點：網段上每一臺設備的功耗；設備在網段上的位置；電源在網段上的位置；每段電纜的阻抗；各設備的最低工作電壓；一個分支短路故障附加電源消耗。

5.4 調 試

在開車投運之前，溫度變送器要進行系統聯調，用電阻箱或信號發生器，在現場端進行，分度號、量程要與現場溫度檢測儀表對應，接線時要注意熱電阻和熱電偶的區分。其他的按照溫度校驗有關標準進行。在聯調過程中，改變校驗通道時，該通道的值應隨信號發生器的值改變，如果DCS上的指示值不變或報警或報錯，這有可能是DCS軟件組態時或者是更換儀表造成的。為了避免以上問題的發生，要注意下面兩點：

a）在改變多點溫度變送器的組態時，必須先把STB的模式由“AUTO”切換到“Out of Service”狀態，修改完畢后再由“Out of Service”切換到“AUTO”狀態。

b）在使用過程中更換多點溫度變送器時，要先把多點溫度變送器“Descommision”下裝后再卸掉，然后把新的多點溫度變送器裝上后再將其“Commission”下裝后進行組態投運。

6 結束語

通過兩年多的正常運行，從投資和應用等方面來考慮，該溫度變送器達到了預期的目的。因此，該溫度變送器適合于在高密集溫度監控點場合使用。但一些重要的控制回路及參與聯鎖的參數不能進入總線系統，因而參與聯鎖和控制的溫度檢測點仍然要使用溫度變送器。相信隨著科學技術的不斷進步，新一代產品必然會取代老一代產品。

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