智能差压变送器在测量燃煤锅炉风速中应用

发布时间:2021-09-14     浏览次数:
摘要:介绍了一种具有可寻址远程传感器高速公路(HARD通讯协议的智能差压变送器,并对该变送器的软硬件组成和在风速测量中的应用作简要介绍。该装置通用性强,,可靠性高,也可用在工业测控系统进行各种参数的检测与变送。
1概述
  燃煤锅炉的一次风速及二次风速大小,对燃烧效果和结焦有很大影响尤其对燃用无烟煤和低发热量煤种,其影响更为显著。国内较多电站锅炉出现了飞灰可燃物高,炉内局部结渣,燃烧器烧坏等不正常现象,除了现燃烧器结构,煤种有关,还与风速过低或过高有关。因此调整好每个燃烧器的风速,对煤粉着火,燃烬有利,并能消除炉内流速场,燃烧物质浓度场和温度场异常,缓解和避免炉内结渣,管屏局部过热等不安全现象。燃烧器保持适当的一,两次风速是建立良好的炉内动力工况的基本条件。一次风速决定于煤粉的着火条件,两次风速的大小直接影响炉内气流混合扰动情况,因而燃烧器出口风速的大小直接影响整个锅炉的稳定性和经济性。
  目前各电厂锅炉运行对一,二次的风速的监测都采用传统的静压表,这是种方式既不合理,又不科学。因为静压无法正确反映一,二次风管内的流动速度和状况。由于没有准确的监测手段和表计,运行人员无法对锅炉进行有效的燃烧调整,锅炉都处于配风不均匀的状况下动运行,严重时会引起着火延迟,燃烧不稳,从而导致熄火放炮。为了使运行人员能在线监测一。二风喷口的风速,并作均匀调整,从而提高锅炉热效率,避免堵管事故的发生。设计了智能差压变送器测量风速的大小,测量示意如下图1。
 
2风速的测量
  根据伯努里定律,可以通过测量流体流动过程中产生的差压来测量流速。且流体的全压和静压之差一动压△P与流速V之间的关系为V=△P/ρ.
由伯努里方程,经过单位换算,风速的测量采用下列公式:
V=K"4.43△P/ρ
ρ=1.293*(273/273+T)
其中
ρ:密度
V:风速
T:热风温度
K:测速管标定系数
  测速管标定系数K的获得,是在配定二次表后,根据现场运行的实际情况,在做炉膛空气动力场试验时确定的匹配参数。
△P:一次风差压(测速元件一般采用靠背管,也可用笛形管及文丘利管)
Th:风粉混合温度
T:热风温度
Th:煤粉温度
3硬件组成
  如图2所示,智能差压变送器由传感器,A/D转换电路,CPU,EEPROM,D/A转换电路以及MODEM组成0。
  传感器采用MOTOROLAMPX2010系列的压力传感器,以扩散硅为半导体的传感器,因而灵敏度高,体积小。A/D转换电路是AD公司的AD7714,是具有24位分辩力的高精度,宽动态范围的E.△转换器。它还具有片内自校准功能,一个增益可编程的放大器(PGA),一个可编程数字滤波器,一个时钟振荡器,一个串行接口以及一个包含指令寄存器,命令寄存器和校准寄存器的片内微控制器,3通道差动输入,可同时接受3路现场信号,这里分别接受热风温度T,差压信号OP,现场环境温度采集n.现场环境温度的采集是通过半导体集成温度传感器AD590来实现的.EEPROM是带复位,看门狗的串行EEPROMX25045,存放各种工作参数。D/A.采用了串行的高精度16位转换器件,MODEM是能实现HART协议通信规程的芯片HT2012。
  该系统的工作过程是将采集到的现场差压信号△P,现场环境温度T1,热风温度T信号送入A/D转换电路,经A/D转换后变为数字信号,送入到CPU进行处理,经T1对传感器温度补偿后,算出风速大小,经D/A转换电路变为相对应的4-20MA输出。同时CPU输出数字信号给能实现HART协议通信规程的芯片HT2012.经HT2012调制在4-20MA电流上叠加一个1200H和2200H频率的正弦信号,分别代表1和0。其中1200H五信号表示1,2200Hz信号表示0由于正弦信号的直流平均值为零,所以没有直流加到4-20MAC]由此,在二线制上可以同时.传送互不影响的模拟和数字信号。整个系统的芯片都采用了三线制方式,因而集成度高,性能稳定,且功耗低。
 
  本系统的最大的特点是采用了实现HART协议的芯片HT2012,因而可以通过手操器把数据参量写到变送器EEPROM中去,数据参量主要有量程,工程单位变换,阻尼,线性常数,范围常数等。手操器可以接在智能差压变送器输出线上的任何位置。用手操器在线测试回路与自诊断信息时,因手操器采用HART协议,所以模拟和数字信号在同一传输线上各行其道,互不干扰。本系统还能与计算机进行通讯。当计算机只有一台智能差压变送器时,即点一点方式,此时可继续使用4-20MA信号进行模拟传输,而测量,调整和测试数据用数字方式传输,模拟信号不受影响,仍可按正常方式用于控制目的。当从机为多台智能差压变送器时,即多站方式,此时4-20MA信号作废,每一台变送器的工作电流均为4MA。由于每一台智能差压变送器都有唯一编号,所以计算机根据从机各自的编号分别对每一台智能差压变送器进行操作,将从机输出信号的数字量传送到计算机中,即此时所有的测量,调整和测试数均据用数字方式传输。
4软件编程
  如图3是智能差压变送器的主程序流程图,其中用定时器中断方式来实现看门狗技术在采样和计算风速前,通过CPU用编程方式实现对A/D器件的传输方式,通道选择,增益大小,滤波常数等设置,然后再完成数据的采集,计算和输出。传感器的温度补偿是采用了多段折线逼近法来实现的。
 
5结语
  由于该装置运用了三线串行总线方式,使线路大为简化,性能高,体积小。采用HART协议的MODEM芯片HT2012,使系统成为现场智能变送器,能与计算机进行通讯,因而在电力,化工行业具有广泛的用途。
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