智能差壓變送器在測量燃煤鍋爐風(fēng)速中應(yīng)用

摘要:介紹了一種具有可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速公路(HARD通訊協(xié)議的智能差壓變送器,并對該變送器的軟硬件組成和在風(fēng)速測量中的應(yīng)用作簡要介紹。該裝置通用性強，，可靠性高,也可用在工業(yè)測控系統(tǒng)進行各種參數(shù)的檢測與變送。
1概述
　　燃煤鍋爐的一次風(fēng)速及二次風(fēng)速大小，對燃燒效果和結(jié)焦有很大影響尤其對燃用無煙煤和低發(fā)熱量煤種,其影響更為顯著。國內(nèi)較多電站鍋爐出現(xiàn)了飛灰可燃物高,爐內(nèi)局部結(jié)渣,燃燒器燒壞等不正常現(xiàn)象,除了現(xiàn)燃燒器結(jié)構(gòu),煤種有關(guān),還與風(fēng)速過低或過高有關(guān)。因此調(diào)整好每個燃燒器的風(fēng)速，對煤粉著火,燃燼有利,并能消除爐內(nèi)流速場,燃燒物質(zhì)濃度場和溫度場異常,緩解和避免爐內(nèi)結(jié)渣,管屏局部過熱等不安全現(xiàn)象。燃燒器保持適當(dāng)?shù)囊?兩次風(fēng)速是建立良好的爐內(nèi)動力工況的基本條件。一次風(fēng)速決定于煤粉的著火條件，兩次風(fēng)速的大小直接影響爐內(nèi)氣流混合擾動情況，因而燃燒器出口風(fēng)速的大小直接影響整個鍋爐的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。
　　目前各電廠鍋爐運行對一，二次的風(fēng)速的監(jiān)測都采用傳統(tǒng)的靜壓表，這是種方式既不合理,又不科學(xué)。因為靜壓無法正確反映一,二次風(fēng)管內(nèi)的流動速度和狀況。由于沒有正確的監(jiān)測手段和表計，運行人員無法對鍋爐進行有效的燃燒調(diào)整,鍋爐都處于配風(fēng)不均勻的狀況下動運行，嚴(yán)重時會引起著火延遲,燃燒不穩(wěn),從而導(dǎo)致熄火放炮。為了使運行人員能在線監(jiān)測一。二風(fēng)噴口的風(fēng)速,并作均勻調(diào)整，從而提高鍋爐熱效率,避免堵管事故的發(fā)生。設(shè)計了智能差壓變送器測量風(fēng)速的大小,測量示意如下圖1。
 
2風(fēng)速的測量
　　根據(jù)伯努里定律,可以通過測量流體流動過程中產(chǎn)生的差壓來測量流速。且流體的全壓和靜壓之差一動壓△P與流速V之間的關(guān)系為V=△P/ρ.
由伯努里方程,經(jīng)過單位換算,風(fēng)速的測量采用下列公式:
V=K"4.43△P/ρ
ρ=1.293*(273/273+T)
其中
ρ:密度
V:風(fēng)速
T:熱風(fēng)溫度
K:測速管標(biāo)定系數(shù)
　　測速管標(biāo)定系數(shù)K的獲得,是在配定二次表后,根據(jù)現(xiàn)場運行的實際情況，在做爐膛空氣動力場試驗時確定的匹配參數(shù)。
△P:一次風(fēng)差壓(測速元件一般采用靠背管,也可用笛形管及文丘利管)
Th:風(fēng)粉混合溫度
T:熱風(fēng)溫度
Th:煤粉溫度
3硬件組成
　　如圖2所示，智能差壓變送器由傳感器,A/D轉(zhuǎn)換電路,CPU,EEPROM,D/A轉(zhuǎn)換電路以及MODEM組成0。
　　傳感器采用MOTOROLAMPX2010系列的壓力傳感器，以擴散硅為半導(dǎo)體的傳感器，因而靈敏度高,體積小。A/D轉(zhuǎn)換電路是AD公司的AD7714,是具有24位分辯力的精度高,寬動態(tài)范圍的E.△轉(zhuǎn)換器。它還具有片內(nèi)自校準(zhǔn)功能,一個增益可編程的放大器(PGA)，一個可編程數(shù)字濾波器,一個時鐘振蕩器,一個串行接口以及一個包含指令寄存器，命令寄存器和校準(zhǔn)寄存器的片內(nèi)微控制器,3通道差動輸入，可同時接受3路現(xiàn)場信號，這里分別接受熱風(fēng)溫度T,差壓信號OP,現(xiàn)場環(huán)境溫度采集n.現(xiàn)場環(huán)境溫度的采集是通過半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD590來實現(xiàn)的.EEPROM是帶復(fù)位，看門狗的串行EEPROMX25045,存放各種工作參數(shù)。D/A.采用了串行的精度高16位轉(zhuǎn)換器件,MODEM是能實現(xiàn)HART協(xié)議通信規(guī)程的芯片HT2012。
　　該系統(tǒng)的工作過程是將采集到的現(xiàn)場差壓信號△P,現(xiàn)場環(huán)境溫度T1,熱風(fēng)溫度T信號送入A/D轉(zhuǎn)換電路,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號，送入到CPU進行處理,經(jīng)T1對傳感器溫度補償后,算出風(fēng)速大小，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路變?yōu)橄鄬?yīng)的4-20MA輸出。同時CPU輸出數(shù)字信號給能實現(xiàn)HART協(xié)議通信規(guī)程的芯片HT2012.經(jīng)HT2012調(diào)制在4-20MA電流上疊加一個1200H和2200H頻率的正弦信號,分別代表1和0。其中1200H五信號表示1,2200Hz信號表示0由于正弦信號的直流平均值為零,所以沒有直流加到4-20MAC]由此,在二線制上可以同時.傳送互不影響的模擬和數(shù)字信號。整個系統(tǒng)的芯片都采用了三線制方式,因而集成度高,性能穩(wěn)定,且功耗低。
 
　　本系統(tǒng)的最大的特點是采用了實現(xiàn)HART協(xié)議的芯片HT2012,因而可以通過手操器把數(shù)據(jù)參量寫到變送器EEPROM中去,數(shù)據(jù)參量主要有量程,工程單位變換,阻尼，線性常數(shù),范圍常數(shù)等。手操器可以接在智能差壓變送器輸出線上的任何位置。用手操器在線測試回路與自診斷信息時,因手操器采用HART協(xié)議,所以模擬和數(shù)字信號在同一傳輸線上各行其道,互不干擾。本系統(tǒng)還能與計算機進行通訊。當(dāng)計算機只有一臺智能差壓變送器時,即點一點方式，此時可繼續(xù)使用4-20MA信號進行模擬傳輸,而測量，調(diào)整和測試數(shù)據(jù)用數(shù)字方式傳輸，模擬信號不受影響，仍可按正常方式用于控制目的。當(dāng)從機為多臺智能差壓變送器時，即多站方式,此時4-20MA信號作廢,每一臺變送器的工作電流均為4MA。由于每一臺智能差壓變送器都有唯一編號，所以計算機根據(jù)從機各自的編號分別對每一臺智能差壓變送器進行操作,將從機輸出信號的數(shù)字量傳送到計算機中，即此時所有的測量,調(diào)整和測試數(shù)均據(jù)用數(shù)字方式傳輸。
4軟件編程
　　如圖3是智能差壓變送器的主程序流程圖,其中用定時器中斷方式來實現(xiàn)看門狗技術(shù)在采樣和計算風(fēng)速前，通過CPU用編程方式實現(xiàn)對A/D器件的傳輸方式,通道選擇,增益大小,濾波常數(shù)等設(shè)置,然后再完成數(shù)據(jù)的采集,計算和輸出。傳感器的溫度補償是采用了多段折線逼近法來實現(xiàn)的。
 
5結(jié)語
　　由于該裝置運用了三線串行總線方式,使線路大為簡化,性能高,體積小。采用HART協(xié)議的MODEM芯片HT2012,使系統(tǒng)成為現(xiàn)場智能變送器,能與計算機進行通訊,因而在電力,化工行業(yè)具有廣泛的用途。