基于工業(yè)調節(jié)器的壓力監(jiān)測報警裝置的設計

本文介紹一種基于工業(yè)調節(jié)器的管道壓力監(jiān)測裝置的設計實例，解決管道系統(tǒng)超壓造成爆管或損壞，系統(tǒng)不自帶壓力監(jiān)測的的情況下，需要實時記錄管道中介質壓力，采集相關的數(shù)據(jù)用于設置系統(tǒng)的控制參數(shù)或進行失效原因分析，以便相關技術人員采取措施解決具體實際的問題。

0引言

某企業(yè)的一套管道系統(tǒng)的泵單元偶發(fā)性出現(xiàn)破裂的情況，原管道系統(tǒng)的泵閥控制柜單元只能對管道壓力實現(xiàn)實時顯示功能，沒有記錄功能，泵單元破裂的原因由于缺少實時記錄的數(shù)據(jù)，是不是超壓或其它原因造成管道破裂無可用的壓力記錄進行原因分析，企業(yè)更換兩次管道后，需要找出問題的根本原因并解決問題。采取必要的措施采集管道壓力的實時數(shù)據(jù)。為了方便采集系統(tǒng)的壓力用于分析并確認爆管原因，設計該簡易壓力監(jiān)測報警單元，針對系統(tǒng)的壓力實時監(jiān)測并記錄相關的數(shù)據(jù)，分析爆管的原因并基于原因解決爆管問題。該壓力監(jiān)測記錄單元還可以延伸其功能，根據(jù)客戶的需求，只要更換其傳感器單元，可以用于監(jiān)測系統(tǒng)溫度并實時記錄實測的數(shù)據(jù)。

1系統(tǒng)控制柜組成及工作原理

考慮到客戶的控制系統(tǒng)比較老舊，無壓力監(jiān)測自動記錄功能，而且在原系統(tǒng)上直接擴展也沒有條件。因此，單好設計一個帶記錄功能的壓力監(jiān)測控制柜，使用方便，要求簡單，只需要管道上接入壓力傳感器的位置并提供220V的電源即可。

1.1控制柜組成

本設計采用如下技術方案：這種管道壓力監(jiān)測報警裝置，主要由控制柜組成，控制柜包括柜體和安裝在柜體內部的電源、微型斷路器F、兩個壓力變送器、三個中間繼電器、多個輔助接頭和人工智能控制器/工業(yè)調節(jié)器；柜體的前面設有操作面板、復位按鈕S1和報警指示燈P1；人工智能控制器/工業(yè)調節(jié)器是整個裝置的處理器，包括接線端子，接線端子含有二十個端子接口，端子接口如圖3所示；接線端子在操作面板的正后方；柜體安裝示意圖如圖1所示。

控制柜安裝示意圖

1.2工作原理

電路設計如圖2示。

電路原理圖

智能工業(yè)控制器是整個系統(tǒng)的處理器和核心，220V輸入電源經(jīng)微型斷路器控制輸入電源的通斷。被監(jiān)測信號的輸入為壓力傳感器信號，選用兩壓力傳感器接入到17/18/19端子，其中17為公共端子，壓力變送器端子自帶24V電源的饋電，無需外接直流電源。5/7；8/10端口為輸智能工業(yè)控制器端子出端口，輸出為無源開關信號，無源開關常開狀態(tài)，分別控制中繼KA1/KA2高低限報警繼電器的通斷電。

高限報警，當系統(tǒng)壓力超過設定值時，無源開關接通。220V電源接通中間繼電器KA1，KA1接通使輔助觸頭5-9接通，5-9接通使中繼KA3得電，中繼KA3運作使面板上的操作指示燈P1亮，同時無紙記錄儀內部記錄報警一次。當系統(tǒng)壓力降到報警值以內時，按復位按鈕S1，KA3失電，報警指示燈滅。

低限報警，當系統(tǒng)壓力低于設定值時，無源開關接通。220V電源接通中間繼電器KA2，KA2接通使輔助觸頭5-9接通，5-9接通使中繼KA3得電，中繼KA3運作使面板上的操作指示燈P1亮，同時無紙記錄儀內部記錄報警一次。當系統(tǒng)壓力高于報警值以內時，按復位按鈕S1，KA3失電，報警指示燈滅。

操作面板輸出壓力實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以經(jīng)USB接口導出到U盤中。儀表內置WEB服務器且具備以太網(wǎng)接口，可以通過以太網(wǎng)接口使用www瀏覽器對儀表進行遠程監(jiān)視及操作。

功能擴展：11/12/13；14/15/16；17/18/19為三組壓力傳感器輸入通道，每組通道能與二個壓力傳感器壓力變送器MBS1900-2411-A1AB04連接監(jiān)測兩個壓力信號，一共能同時監(jiān)測6個不同的壓力信號。5/6/7；8/9/10為輸出接口，均輸出無源開關信號，做為高低設定值輸出的報警輸出，當系統(tǒng)壓力恢復到設定值時，按下復位按鈕，指示燈滅。該人工智能工業(yè)控制器還有能用于溫度監(jiān)控作記錄，穩(wěn)定用溫度模塊和溫度傳感器就可以實際對溫度進行監(jiān)控和記錄。

該控制柜能針對客戶要求,在客戶管道或容器設備上接入壓力傳感器傳感器，采集壓力轉換為4-20mA的信號，系統(tǒng)將采集的信號進行連續(xù)記錄并保存如圖4。

2應用場合及優(yōu)點

2.1應用場合

管道系統(tǒng)超壓造成爆管或損壞，系統(tǒng)不自帶壓力監(jiān)測的的情況下，通過接入該監(jiān)測系統(tǒng)進行系統(tǒng)壓力的監(jiān)測和記錄。管道內的介質需要恒壓或控制在某一個壓力區(qū)間內不可控時，而管道系統(tǒng)自身沒有這些數(shù)據(jù)的記錄功能，可以通過接入該監(jiān)測報警系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)分析和界定壓力不可控的原因。

2.2優(yōu)點

該單元結構簡單，用戶只要提供220V的電源，被監(jiān)測的管道或容器上有傳感器接口；適用性強，壓力參數(shù)單智能工業(yè)控制器端子好和綜合監(jiān)測，可以根據(jù)客戶要求，延伸選擇測溫模塊和溫度傳感器，方便擴展功能；硬件設計可靠，整機低功耗；雙CPU處理模式，一個ARM芯片用于處理圖形人機操作界面及數(shù)據(jù)記錄功能；好立的單片機CPU用于保證控制及采樣實時性，滿足嚴格的工業(yè)現(xiàn)場要求；通過4kV群脈沖抗干擾測試。優(yōu)異的抗干擾性能，使用高性能的元器件，大大降低通道間的干擾。豐富的數(shù)據(jù)記錄功能，儀表帶數(shù)據(jù)記錄功能可以顯示實時趨勢、光柱及歷史趨勢，并提供報表形式的記錄數(shù)據(jù)及報警記錄功能。擁有150M的存儲空間。存儲的數(shù)據(jù)不僅可以在儀表液晶屏上以曲線和數(shù)值進行回放，也可以通過U盤導出在電腦上做進一步分析處理。以太網(wǎng)接口實現(xiàn)遠程監(jiān)控，無紙記錄儀內置WEB服務器且具備以太網(wǎng)接口，可以通過以太網(wǎng)接口使用www瀏覽器對儀表進行遠程監(jiān)視及操作。

儀表自身具有5個模塊插座，具備多分度輸入、調節(jié)，報警、通訊、記錄等功能。可按客戶要求進行模塊擴展和畫面組態(tài)。當儀表自帶模塊組合達不到客戶需求時，還可以通過擴展口連接各種型號的溫控器模塊、開關量I/O模塊或PLC等，非常多可以集成組態(tài)多達數(shù)十路的測量及控制回路。

3結束語

這套系統(tǒng)可用于客戶需要針對流體管道或容器內的壓力進行檢測和記錄。系統(tǒng)有三大功能：①連續(xù)監(jiān)測介質的壓力，客戶可用根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)分析介質壓力的穩(wěn)定性，從而了解整個系統(tǒng)的運行狀況是否良好，或評估整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。②能輸出報警信息，用戶可以根據(jù)自己的要求，設定壓力的基準數(shù)據(jù)，當壓力超過該值時，系統(tǒng)會報警并記錄報警信息。

通過引進該系統(tǒng)，客戶能盡快找到系統(tǒng)壓力波動是造成破管的原因，并針對實時記錄的數(shù)據(jù)查到壓力波動的原因，從根本上解決系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定的問題。