定量裝車系統頻率信號故障分析與解決方案

吳曉鋒 曹明慧

(陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司)

定量裝車系統頻率信號故障分析與解決方案

吳曉鋒 曹明慧

(陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司)

將定量裝車系統原質量流量計更換為本安型質量流量計后，灌裝控制器無法正常顯示流量。基于此，通過對檢測回路進行分析，找出其故障原因，并進行了改造。改造后，3個鶴嘴都能正常進行成品油灌裝，系統工作正常、計量準確，成品油灌裝誤差控制在2‰以內。

定量裝車系統 質量流量計 灌裝控制器 故障分析 解決措施

定量裝車系統是煉油廠、化工廠和一些中小油庫對外銷售的貿易交接計量器具[1]，因此對定量裝車系統的裝車速度、精度和安全性有嚴格要求，特別是其精度直接影響貿易雙方的利益，所以要求控制在2‰以內。為提高定量裝車系統的精度，灌裝控制器與質量流量計之間采用頻率信號(抗干擾性強、誤差小且響應速度快)進行傳輸。因此，質量流量計產生的頻率信號與灌裝控制器接收的頻率信號的一致性至關重要。

陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司的成品油定量裝車系統共7個鶴位，每個鶴位采用一個EL5092B灌裝控制器來采集和控制現場的可燃氣體報警、接地報警及流量計等控制信號，同時在控制器上完成發油任務，并通過RS-485總線與控制室PC機進行數據傳輸[2]。控制室的PC機預裝的是PCS-06自動計量管理系統，通過RS-485總線與7個鶴位EL5092B灌裝控制器相連，構成一個分布式控制系統[3]。同時通過公司的局域網與管理部門相連，上傳每天的裝車記錄。

1 質量流量計

定量裝車系統原質量流量計采用的是CT9401-K7MX11型奧巴爾質量流量計[4]，是防爆型質量流量計，在年檢時發現3臺奧巴爾質量流量計精度超過標準1‰，必須進行更換。其他4個鶴位采用的是高準科里奧利帶 MVD 技術的單變量流量變送器1700I12ABFMZZZ，年檢時精度均在2‰以內。因此，公司決定把3臺奧巴爾質量流量計更換成高準科里奧利帶 MVD 技術的單變量流量變送器。同時考慮到定量裝車系統是危險場所，需將防爆型儀表改為本安型儀表[5,6]，即更換為高準科里奧利帶 MVD 技術的單變量流量變送器1700I12DBFMZZZ。該儀表是本安模擬輸出，一路毫安、一路頻率，EL5092B灌裝控制器采集質量流量計的頻率信號，控制器上安裝有本安儀表和非本安儀表的跑線，當跳線到本安儀表時，控制器輸出的是12V(DC)電壓。然而系統更換本安質量流量計1700I12DBFMZZZ后，灌裝控制器一直沒有流量顯示。

將此問題與灌裝控制器廠家和質量流量計廠家進行溝通，但出于技術保密的原則，廠家無法提供儀表的原理圖和儀表阻抗。為此，提出在質量流量計和控制器連接回路上增加一個頻率安全柵的方案，由安全柵為質量流量計和控制器提供24V(DC)工作電源，以保證儀表的正常工作。由于每個鶴嘴的灌裝控制器采用RS-485總線進線信號采集和傳輸，所以現場電纜采用“手拉手”的方式進行敷設，如圖1所示。

圖1 7臺鶴嘴的布線

由于該方案沒有控制室到每一個鶴嘴的電纜，因此需要在控制室內增加24V(DC)電源箱和7臺頻率安全柵，并重新為每一個鶴嘴敷設4×1.5mm2的電纜，工程量極大，而且以前采用的是地埋式敷設電纜，因此施工極不方便。

2 故障分析與解決方案

針對上述故障現象，首先對1700I12DBFMZZZ質量流量計進行檢測，觀察1700I12DBFMZZZ在12V(DC)電壓下能否正常工作。采用萬用表的頻率檔測量質量流量計頻率輸出是否正常，通過質量流量計的面板按鈕，讓質量流量計仿真輸出1 000個脈沖，萬用表檢測的結果是998個，表明質量流量計在12V(DC)電壓下能夠正常工作。據此判斷，故障的儀表應該是EL5092灌裝控制器。灌裝控制器在無源的情況下工作正常，說明其脈沖檢測回路沒有問題，而控制器上的本安跳線相對于非本安跳線，就是為整個檢測回路提供一個12V(DC)電源。因此，控制器不能正常工作的原因就是在本安模式下質量流量計頻率采樣電壓一直處于門檻電壓的上方或下方[7,8]，如圖2所示。

圖2 質量流量計輸出方波與灌裝控制器門檻電壓對比

1700I12DBFMZZZ質量流量計在12V(DC)電壓下，其輸出脈沖電壓無法達到控制頻率采樣電壓的要求。然而現場沒有能對脈沖電壓進行測量的儀器，無法確定1700I12DBFMZZZ質量流量計輸出的脈沖電壓，就無法從理論方面對電路進行改造，進而消除故障。

由于1700I12DBFMZZZ質量流量計輸出的脈沖電壓無法達到控制器的頻率采樣電壓要求，所以要改變控制器采樣電壓只能是在回路中串聯或并聯一個電阻，使1700I12DBFMZZZ質量流量計一直仿真輸出，觀察控制器上是否有流量顯示[9,10]，具體如圖3所示。

圖3 檢測回路兩種電阻接入方法

3 故障解決過程

首先，將一個電阻箱串入質量流量計和灌裝控制器的檢測回路(圖3b)中，通過設置使質量流量計一直仿直輸出1 000個脈沖，然后改變電阻箱的阻值，觀察灌裝控制器上是否有流量顯示。由于在12V(DC)電壓下，質量流量計工作正常，所以電阻箱的阻值在初始時設置為250Ω，然后不斷增加。當阻值增加到3kΩ時，串聯電阻試驗方法已經無法實現。

在并聯電阻方法(圖3a)中，首先把電阻箱并入1700I12DBFMZZZ質量流量計的頻率輸出端，同樣從250Ω開始逐漸增加，當增加到500Ω時，灌裝控制器開始有示值(單位kg)，此時，示值與1 000個脈沖之間有誤差，說明采樣過程中存在丟數的現象，控制器的采樣電壓在門檻電壓附近。繼續增加電阻箱的阻值，到550Ω時，控制器的示值與1 000個脈沖相符，故障得到解決。

試驗成功后，將一個550Ω電阻并聯接入另一臺沒進行試驗的質量流量計檢測回路，發現回路的控制器無法正常顯示流量。經過分析推斷，每一臺儀表在制作過程中是有一定誤差的，所以必須對3個鶴嘴的控制器和質量流量計回路用電阻箱逐一進行試驗并找出與之匹配的電阻值。對3個回路都用電阻值試驗后，得到與3個電路相匹配的電阻阻值分別為550、650、700Ω。

4 結束語

基于上述分析，此次對檢測回路的改造從原理上來說是正確的。為驗證原理分析的正確性，又一次把電阻箱串入檢測回路中，繼續從3kΩ開始增加阻值，當阻值增加到6kΩ時灌裝控制器上終于有了示值，再一次證明，筆者對檢測回路不正常工作原因的分析是正確的。此次改造后，3個鶴嘴都能正常進行成品油灌裝。自改造后，定量裝車系統一直工作正常，計量準確，將成品油灌裝誤差有效地控制在2‰以內。

[1] 蔣慶淵.定量自動裝車技術在液態類物料鶴管裝車系統中的應用[J].當代化工,2007,36(1):53～55.

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[5] 顧鐘鈺.本質安全型與隔爆型防爆儀表應用研究[J].化工與醫藥工程,2015,36(3):37～41.

[6] 徐建平.本質安全型防爆儀表的設計[J].自動化儀表,1990,(1):22～27.

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吳曉鋒(1974-)，工程師，從事化工自動化儀表管理與技改工作，35086808@qq.com。

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2016-11-29，

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