E+H公司固体物料冲板流量计的改造
广东南方制碱有限公司是以生产轻质纯碱、重质纯碱、芒硝为主的化工企业。在重质纯碱生产过程中,必须将进入水合机的轻质纯碱进行动态计量,轻质纯碱流量作为主变量,脱盐水流量作为从变量,使加入水合机的轻质纯碱和脱盐水量成一定比例进行比值调节。投产初期,我公司采用了E+H公司生产的固体物料冲板流量计,使用几年后,由于电脑显示仪表发生故障,使得电脑显示仪表的输出信号(4~20 mA)不能与轻质纯碱的瞬时流量成线性关系,所以不能进行自动比值调节,严重影响产品质量。为此,我们向E+H公司进行维修咨询,但E+H公司已不再生产该固体物料冲板流量计了。已将该专利转让给美国拉姆齐公司。因此,我公司向拉姆齐公司购买1台电脑显示仪表,共花费人民币6.5万元,使用情况良好。在2002年因遭雷击,电脑显示仪表的CPU损坏,无法再继续使用。如果再买该公司的仪表,一是费用太高,二是进口的仪表维修也不方便,不能满足我公司连续生产的需要,因此,我们考虑用国产仪表来替代进口仪表。
E+H公司固体物料冲板流量计操作手册无电路图提供,只提供了原理方框图,通过我们对现场实物电路进行研究,绘制电路图,知道了固体物料冲板流量计一、二次仪表传输信号是电流脉冲信号,它是两线制的,即一次仪表是无源的,靠二次仪表提供电源,如果采用广州南仪自动化公司生产的ICS系列电子皮带秤的电脑显示仪表来替代进口仪表,则必须对南仪公司生产的皮带秤电脑显示仪表进行改造。改造的方案是:对原有生产设备不作改动,E+H公司固体物料冲板流量计一次仪表不作改动,对南仪公司电脑显示仪表增加1个15V直流电源给一次仪表供电和一个脉冲频率调制器(PFM)对一次仪表的电流脉冲信号进行解调,解调后的信号送入电脑显示仪表输入端,因此,从原理上讲,国产仪表可以取代进口仪表。
改造完成后,通过实物校验,完全达到了原来进口仪表的功能,且精度高、稳定性好,从1年的使用情况看,取得了很好的效果。改造费用为1.8万元,比购买进口仪表节省了4.7万元。
1 冲板流量计组成及工作原理
固体物料冲板流量由冲板、输出轴、组合弹簧、差动变压器、测量转换器、脉冲频率调制器、电脑显示仪表组成。
被测物料冲击到冲料板上,这个力通过输出轴作用到组合弹簧上,带动差动变压器中的铁芯前后发生位移,从而感应出毫伏正弦波电压信号。差动变压器的交流电压是由测量转换器送电的,差动变压器的输出压信号在测量转换器中放大、矫正,并通过V/F转换器转变为抗干扰的PFM――测量信号,这个电流脉冲PFM――测量信号通过两线制线路输送给脉冲频率调制器,经过脉冲频率调制器PFM解调,将频率信号输出给电脑显示仪表,经电脑显示仪表运算处理后,即可获得固体物料瞬时流量或对应的4~20 mA电流信号给调节器进行PID调节。
固体物料冲板流量计系统方框图如图1。
2 电路分析(电路图略)
2.1 测量转换器
由放大器A1A将差动变压器产生的电压(毫伏级正弦波)信号放大成幅度为3V的正弦波,经A1B电平比较后,产生幅度为5V的锯齿波,再经A3A与非门整形后产生幅度为5V的方波。然后由A4光电隔离,再经A5调制器把50~2 kHz的频率信号叠加在二线制15V直流电源上,经A2驱动远传给电脑显示仪表中增加的脉冲频率调制器A6上。
2.2 脉冲频率调制器
由A6解调后,将15V直流电源上叠加的50~2kHz有效频率信号分解出来,然后经B与非门整形成5V方波。再经光电隔离,输出50~2 kHz的频率信号给电脑显示仪表,输入端口A01。
脉冲频率调制器的电源由电脑显示仪表提供的直流电源为+5V,再由脉冲频率调制器上DC/DC电源升压后得到15V直流电源,提供给现场一次仪表的测量转换器。
2.3 电脑显示仪表
电脑显示仪表把脉冲频率调制器输出的50~2 kHz频率信号经A01、V12C整形滤波后输出给8253计数器,把50~2 kHz的频率信号转化为数字信号给CPU单片机处理器进行数据处理,然后进行工程单位运算,通过数码管显示其固体物料的瞬时流量和计量时间段的累积量。
3 改造后的冲板流量计特点
1)固体物料冲板流量计的冲板密封安装在输料管道中,物料在输送过程中,不存在失料、堵料等不利因素对称重精度的影响,为准确计量提供了保证;
2)一、二次仪表为全密封型,有利于在粉尘大的环境中使用;
3)一、二次仪表性能稳定,故障率低;
4)南仪自动化公司生产的电脑显示仪表具有自动去皮功能,不需要人为调整差动变压器铁芯零点位置。
4 调试和校验
首先在电脑显示仪表中输入计量程序和各参数。在冲板没有物料前,操作电脑显示仪表面板上的去皮按键,对其进行自动去皮3次,电脑显示仪表自动检测零点并输入内存,然后在相应单元里预置各有关参数。
系统运算公式为:
式中:W――累积值;
Q ――瞬时流量,kg/s;
t ――运算的计量时间,s。
这样得到了测量时间段内的累积值,如果第1次测量的累积值超过标准值4~0.5%的误差范围,则反复对其进行标定系数修正,其修正计算公式为:
PT新 = PT旧・a/b
式中:a――标准值;
b――累积值。
然后将计算后的PT值输入给电脑显示仪表,重复以上校验过程使其相对误差在±0.5%范围内为止。相对误差计算公式为:
式中:δ――相对误差;
a――标准值;
b――累积值。
改造后的冲板流量计校验结果如表1。
表1 改造后的冲板流量计校验结果
次序 |
标准值,Kg |
累积值,Kg |
误差,% |
1 |
200 |
200.80 |
0.4 |
2 |
200 |
199.50 |
0.25 |
3 |
200 |
200.50 |
0.25 |
4 |
200 |
200.60 |
0.3 |
5 |
200 |
200.50 |
0.25 |
在使用过程中,每次对固体物料冲板流量计进行校验时,都能满足±0.5%的误差要求。计量结果精度高、稳定性好,使用1年来没有发生故障。
5 结语
1)只要计算研究进口仪表的原理和性能特点,在进口仪表发生故障损坏时,选用国产仪表进行改造,完全可以采用国产仪表替代进口仪表,且成本低、售后服务好。
2)运用广州南仪自动化公司皮带秤电脑显示仪表的自动去皮功能。在控制室操作按键就可以对系统进行零位调整,减少了人员的劳动强度,同时也提高了仪表测量精度。
3)实物标定非常方便,由于仪表稳定性好、测量精度高、保证了仪表长周期的运行。