隨著現(xiàn)代科技進步,自動化得到了越來越廣泛的應(yīng)用,自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。為了保證生產(chǎn)過程安全、可靠的運行,要隨時對 生產(chǎn)過程中使用的儀表進行維護和校準。傳統(tǒng)的將生產(chǎn)過程中使用的儀表拿回實驗室進行校準的方法已不能滿足生產(chǎn)的要求,取而代之的是在現(xiàn)場直接對儀表進行校 準。
影響設(shè)備精度的一大重要因素就是工作溫度,因此,系統(tǒng)的冷卻和散熱就顯得尤為的重要,良好的冷卻效果不僅能夠保證機箱和其中模塊的穩(wěn)定 工作,更能提升相應(yīng)板卡和電源的平均故障時間間隔(MTBF)參數(shù)。一些專業(yè)的測量總線標準,如PXI總線,在冷卻和散熱方面進行了嚴格的規(guī)范,包括對機 箱中散熱氣流方向的定義、以槽為單位進行散熱等確保系統(tǒng)在正常的工作溫度下完成測量任務(wù)。
自動化檢測儀表是自控系統(tǒng)中關(guān)鍵的子系統(tǒng)之一。一 般的自動化檢測儀表主要由三個部分組成:①轉(zhuǎn)感器,利用各種信號檢測被測模擬量;②變送器,將傳感器所測量的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)?～20mA的電流信號,并送到可編程序控制器（PLC)中;③顯示器,將測量結(jié)果直觀地顯示出來,提供結(jié)果。這三個部分有機地結(jié)合在一起,缺少其中的任何一部 分,則不能稱為完整的儀表。自動化檢測儀表以其測量精確、顯示清晰、操作簡單等特點,在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用,而且自動化檢測儀表內(nèi)部具有與微機的 接口,更是自動化控制系統(tǒng)中重要的部分,被稱為自動化控制系統(tǒng)的眼睛。
校準的一般步驟是:預(yù)熱儀器(包括被校儀器以及標準源);設(shè)置儀器的狀態(tài),進行測量記錄數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)結(jié)果判定并給出結(jié)論;自動形成校準證書和原始記錄。
自動化校準系統(tǒng)的具體實現(xiàn)過程首先,標準源和數(shù)字多用表按照要求開機預(yù)熱,連接硬件設(shè)備(GPIB卡、488電纜等),硬件連接完成后,啟動計算機,搜 尋整個測試系統(tǒng)的物理地址分配情況,根據(jù)搜索到的各個儀器地址,在校準軟件運行時,設(shè)置正確的地址配置。①初始化設(shè)置模塊。雙擊相應(yīng)的自動化校準程序圖標,系統(tǒng)啟動,進入測試系統(tǒng)主界面,主界面的風(fēng)格以簡捷實用為主,左側(cè)是各功能按鈕。首先進入的是初始化設(shè) 置模塊。初始化模塊要設(shè)置被測試設(shè)備的校準項目,設(shè)置被校儀器和標準源的GPIB地址,選擇是否是首次測試,此功能的目的是為了保存測量的數(shù)據(jù),防止意外 發(fā)生使測量數(shù)據(jù)丟失,需要重新進行測試。選擇中英文語言,選擇校準、檢定,選擇被測試設(shè)備的名稱。初始化設(shè)置就完成了。②數(shù)據(jù)采集動態(tài)顯示模塊。該模塊的 主要功能包括:初始化儀器、設(shè)置儀器的狀態(tài)、測量數(shù)值、數(shù)據(jù)位數(shù)控制、動態(tài)顯示數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)果判定、數(shù)據(jù)保存等。自動化數(shù)據(jù)采集過程是完全模擬人工測量過 程進行測量的。儀器的初始化配置以及量程、顯示位數(shù)、精度、采樣數(shù)率、采樣時間、測量值、功能選擇等模塊從NI網(wǎng)站上下載,程序員也可以根據(jù)儀器編程說明 書提供的SCPI語言命令編寫相應(yīng)的模塊。本模塊中的數(shù)據(jù)顯示位數(shù)、數(shù)據(jù)量程、上下限等都是根據(jù)測試計量對儀器的要求而自動生成的,數(shù)據(jù)結(jié)果判定也是自動 完成的。程序把那些不合格的數(shù)據(jù)用紅色的字體顯示,使計量員在測量結(jié)束后容易發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)不合格。數(shù)據(jù)采集動態(tài)顯示模塊的前面板。③證書和原始記錄生成模 塊。自動生成證書和原始記錄,給計量員的工作帶來極大的便利,而且消除了人為操作易產(chǎn)生的出錯,解放了勞動力。計量員只需在證書生成模塊的前面板輸入相關(guān) 的儀器信息和校準信息,校準項目,選擇相應(yīng)的證書摸板,程序即可自動生成相應(yīng)的校準證書和原始記錄。證書模塊的前面板。
1 自動化檢測儀表在污水處理中的應(yīng)用
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,自動化檢測技術(shù)也得到了很大的發(fā)展,自動化檢測儀表在污水處理中也得到廣泛的應(yīng)用,使污水處理廠不僅節(jié)約了大量的人力、物力,更重要的是可以及時對工藝進行調(diào)整。
南寧市瑯東污水處理廠工程1993年底立項,1997年11月27日正式開工建設(shè);1999年9月28 日通水試運行,2000年2月滿負荷正常運轉(zhuǎn)。南寧市瑯東污水處理廠,一期工程設(shè)計一級污水處理能力24萬m3/d,二級污水處理能力10萬m3/d。設(shè)計服務(wù)范圍30.5km2,規(guī)劃服務(wù)人口34.3萬人。經(jīng)過瑯東污水處理廠凈化后的清潔水,一部分直接排 入竹排沖,一部分用于南湖回灌水,以改善南湖的水污染問題。南寧市瑯東污水處理廠全套引進國外最先進的水處理工藝設(shè)備,采用二級生物處理工藝的傳統(tǒng)活性污泥法,并針對南寧市污水水質(zhì)污染物濃度低的特點,在其核心部 分--曝氣的工藝中采用OOC工藝。該工藝具有能耗低、運行費用少、出水水質(zhì)好、管理簡便、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。從廠外污水干管收集到瑯東污水處理廠的污水,首先進行預(yù)處理。在進水泵房經(jīng)過粗格柵,去除污水中較大的垃圾、漂浮物;通過5臺大型污水泵將污水提升到細格 柵,將較小的漂浮物去除;在曝氣沉砂池去除污水中的砂粒和油類;然后進入計量槽,計量污水處理量。預(yù)處理后的污水在初沉池進行一級處理,去除約30%的有 機物;初沉池出水進入二級處理,先在生物處理工藝的核心部分--曝氣池,進行生物降解有機物;曝氣池的混合液輸送到二沉池進行沉淀,泥水分離。上層澄清液 作為凈化后的清潔排放水;沉淀下來的污泥一部分回流曝氣池后再生利用,一部分作為剩余污泥回流到初沉池。初沉池的污泥用泵輸送到污泥濃縮池,通過污泥處理 系統(tǒng)進一步濃縮,把泥漿態(tài)的污泥脫水、壓濾,形成干污泥餅。
1.1 超聲波液位計、液位差計、流量計
1.1.1 格柵運行控制。粗格柵、細格柵各安裝了1臺超聲波液位差計,通過格柵前后的液位差來反映格柵阻塞程度,并傳輸?shù)絇LC控制器,進行分析計算。當液位差超過預(yù)設(shè)的數(shù)值,控制格柵運行,清除垃圾,保障正常過水,且合理的減少了設(shè)備磨損。
1.1.2提升泵運行控制。為實現(xiàn)進水提升泵的自動控制,在進水泵井處安裝了2臺超聲波液位計,用以測量泵井的水位,實時傳輸?shù)絇LC控制器及上位機,進行系統(tǒng)分 析。根據(jù)測量值對應(yīng)控制程序,自動控制提升泵的運行組合。這樣可以根據(jù)廠外來水量準確及時地調(diào)整泵運行狀態(tài),減少設(shè)備疲勞;同時可以取消傳統(tǒng)泵站三班倒的 人力資源耗費。
1.1.3流量及處理量實時監(jiān)測。對于污水處理廠的運行管理,水量是一個重要的控制參數(shù)。準確及時地掌握進水量,對工藝控制及提高污水廠抵抗水力負荷沖擊能力有重要 作用。傳統(tǒng)的水量測量采用堰板或文丘里流量槽等,都存在著不能實時監(jiān)測、實時顯示的缺點?，槚|污水處理廠計量槽采用超聲波流量計結(jié)合文丘里槽,能在現(xiàn)場和 上位機實時顯示流量及累計處理量,達到了準確計量處理水量,以及為運行管理提供實時流量的目的。
1.2 溶解氧計、氧化還原電位計、污泥濃度計
1.2.1 曝氣池溶解氧控制。南寧市瑯東污水處理廠采用的是傳統(tǒng)活性污泥法的OOC改良工藝在4個圓型曝氣池內(nèi)圈好氧區(qū),分別安裝了測量范圍是0.05～10mg/L的溶解氧計,實時監(jiān)控溶解氧濃度,傳輸?shù)絇LC及上位機。當實測濃度小于設(shè)定濃度時,自動控制系統(tǒng)啟動鼓風(fēng)機,給曝氣池充氧;相反地,當氧氣充足 時,就會停止運行鼓風(fēng)機。通過溶解氧計控制鼓風(fēng)機可以精確地根據(jù)好氧菌群對溶解氧的需求控制鼓風(fēng)機的啟動和停止,在保證了菌群良好生化能力的同時節(jié)約了能 耗,保護了設(shè)備,增強了好氧菌群的分解能力。
1.2.2曝氣池好氧段與缺氧段的控制。在每個曝氣池的外圈的好氧區(qū)與缺氧區(qū)的臨界面都安裝了測量范圍是-500～500mV的氧化還原電位計,通過測量的氧化還原 電位可以控制鼓風(fēng)機的高速運行,給外圈供氧,形成強好氧曝氣階段和缺氧階段的交替,進而提高處理工藝中除磷脫氮的能力。如果沒有安裝氧化還原電位計。那么 鼓風(fēng)機的運行只能通過時間控制,這樣一來就會明顯降低除磷脫氮的效果。
1.2.3曝氣池污泥濃度控制。曝氣池的污泥濃度是一個重要工藝參數(shù)。在傳統(tǒng)的污水處理廠,污泥濃度依靠實驗室使用舊的試驗方法進行監(jiān)測,在數(shù)據(jù)提供的及時性和精確 性上,存在很大的缺陷。難以及時進行回流污泥和剩余污泥量的工藝調(diào)整,就造成時間上和準確度上的誤差。南寧市瑯東污水處理廠在每個曝氣池上都安裝了一個測 量范圍是為0.5～10g/L在線污泥濃度測量計,很好地解決了這個問題。安裝污泥濃度計可以隨時根據(jù)精確測量的污泥濃度,適時地調(diào)整曝氣池的工藝,同時減輕了實驗室工作人員的勞動強 度。
1.3 電磁流量計、氣體流量計:
在回流污泥管道和剩余污泥管道中南寧市瑯東污水處理廠安裝了5臺測量范圍是0～1200m3/h的電磁流量計測量回流污泥和剩余污泥的流量。安裝流量計后,值班人員可以根據(jù)顯示的流量是否正確,從而判斷回流污泥泵和剩余污泥泵工作是否 正常,解決了潛水泵無法簡單判斷工作是否正常的難題,而且電磁流量計還具有安裝方便,維護簡單的特點。
鼓風(fēng)機與曝氣池間的空氣管道上直接安裝的4臺測量范圍0～4000m3/h(標準狀況)的氣體流量計。氣體流量計的安裝可以使值班人員隨時了解鼓風(fēng)機向曝氣池提供氣體的量。
1.4 經(jīng)驗
1.4.1保持自動化檢測儀表傳感器的清潔。定期專人清洗探頭,保證數(shù)據(jù)采集準確性。因為儀表在污水環(huán)境中工作,所以儀表的清潔工作就顯得尤為重要,特別是直接與污 水接觸的溶解氧計、氧化還原電位計及污泥濃度測量計等分析儀表,為了保證儀表的正常工作,我們定期由專人清洗,每7天就全面清洗1次儀表,清洗時要求使用 柔軟的材料,以免損壞儀表。
1.4.2定期校正各種儀表。儀表在長期運行過程中難免會產(chǎn)生測量誤差,這就需要定期校正,以保證儀表測量的準確性,對分析儀表我們制訂了每兩月定期校正1次;而且 要求實驗室工作人員利用分析方法分析對應(yīng)的檢測項目,并與現(xiàn)場儀表監(jiān)測結(jié)果比較,如果偏差太大,那么應(yīng)適時對儀表進行校正,確保準確。
1.4.3保證儀表供電電壓的穩(wěn)定性,延長儀表的使用壽命。瞬間的高電壓沖擊往往使儀表很容易燒壞。南寧市瑯東污水處理廠運行過程中,就發(fā)生了多次因供電電壓不穩(wěn) 定,而使超聲波液位差計和超聲波液位計的變送器損壞,從而影響了自控系統(tǒng)的正常工作的情況。南寧市瑯東污水處理廠正進行技術(shù)改造避免供電電壓不穩(wěn)定對儀表造成的損壞,降低運行成本,提高經(jīng)濟效益。
2 自動化檢測儀表在壓力表校準方面的應(yīng)用
特大型冶金制造企業(yè)各工序都是連續(xù)性銜接作業(yè),往往造成許多現(xiàn)場壓力儀表雖到檢定周期,卻由于不能停產(chǎn)也就不能從作業(yè)。壓力儀表的工作原理是彈簧管在壓 力或真空作用下產(chǎn)生彈性變形引起管端位移,其位移通過機械傳動機構(gòu)進行放大后再傳遞給指示裝置,可在刻有法定計量單位的分度盤上讀出指針所指示的被測壓力 值或真空量值。
2.1 在線校準預(yù)期
(1)目的:實施在線校準適應(yīng)生產(chǎn)流程計量需求,降低外送檢費用。
(2)校準儀表范圍:本企業(yè)現(xiàn)場在用壓力儀表。
(3)校準范圍:0~100MPa
(4)校準對比準確度:1.5%~1.6%
(5)預(yù)期目標:實現(xiàn)在線壓力儀表的受控、有效。
(6)校準方案種類:a. 理想型校準比對;b. 實用型校準比對。
2.2 材料準備
(1)專用管道打孔器
(2)符合現(xiàn)場壓力儀表準確度及量程的數(shù)塊相應(yīng)受控有效標準表。
(3)校準比對記錄。
2.3 在線校準比對方案
A. 實用型對壓力儀表的校準比對
(1)在同一管道上:在距擬被校準的現(xiàn)場壓力儀表的適當范圍內(nèi),用專用管道打孔器引出導(dǎo)壓管路,在導(dǎo)壓管路中間安置一截止閥(截止閥處于關(guān)閉狀態(tài)),截止閥后的接口處安裝壓力變送器與擬被校準儀表同規(guī)格的受控有效標準壓力表。
(2)緩慢開啟截止閥至全開,待管道內(nèi)流體介質(zhì)充分進入標準表內(nèi)數(shù)分鐘后,分別讀取兩塊表的指示值。
(3)填寫校準比對記錄。
B. 理想型對壓力儀表的校準比對
自制一臺流動簡易“壓力校驗臺”。
(1)在流體介質(zhì)管道上,關(guān)閉在用(即擬被校準)的現(xiàn)場壓力儀表的“截止閥1”(該截止閥處于關(guān)閉狀態(tài))。
(2)在截止閥后適當延長導(dǎo)壓管路。
(3)在延長導(dǎo)壓管路上安裝一只三通。
(4)三通的直管口的接口處安裝在用的指示為零的壓力儀表。
(5)三通的丁字管口的接口處新安裝“截止閥2”(該截止閥也處于關(guān)閉狀態(tài))。
(6)在“截止閥2”后接壓力“專用校驗管”至簡易流動“壓力校驗臺”上預(yù)置的“專用校驗管接口”。
(7)“壓力校驗臺”上還預(yù)置有受控、有效的相應(yīng)型號規(guī)格的標準壓力表。
(8)檢查無遺漏后,逐一緩慢開啟截止閥1、截止閥2至全開;數(shù)分鐘后,分別讀取兩塊表的指示值。
(9)填寫校準比對記錄。
2.4 經(jīng)驗:
認真做好巡回檢查工作儀表工一般都有自己所轄儀表的巡檢范圍,根據(jù)所轄儀表分布情況,選定最佳巡檢路線,每天至少巡檢兩次。巡回檢查時,要關(guān)閉氣源,并 松開過濾器減壓閥接頭。拆卸環(huán)室孔板時,注意孔板方向,一是檢查以前是否有裝反,二是為了再安裝時正確。由于直管段的要求,工藝管道支架可能少,要防止工 藝管道一端下沉,給安裝孔板環(huán)室?guī)砝щy。拆卸的儀表其位號要放在明顯處,安裝時對號入座,防止同類儀表由于量程不同安裝混淆,造成儀表故障;帶有聯(lián)鎖的 儀表,切換置手動然后再拆卸;儀表一次開車成功或開車順利,說明儀表檢修質(zhì)量高,開車準備工作做得好。反之,儀表工就會在工藝開車過程中手忙腳亂,有的難 以應(yīng)付,甚至直接影響工藝生產(chǎn)。
3 建議
3.1 發(fā)展趨勢
(1) 結(jié)構(gòu)日趨簡潔,從當前發(fā)展最快的3種流量儀表(電磁、超聲、科氏)來看,機械結(jié)構(gòu)都十分簡潔,管道內(nèi)既無轉(zhuǎn)動件,又無節(jié)流件。
(2)功能力求完善,隨著微電子、計算機、通信技術(shù)的飛速發(fā)展,流量儀表的功能日益完善、多樣,不少機械部分難以解決的問題,依靠電子軟件則迎刃而解,如Krohne的智能電磁流量計,不少超聲流量計不僅可測流量,還可測流體密度、組分、熱能等等。
(3)安裝日益簡便,工業(yè)自動化程度越高,用戶越歡迎采用安裝維護簡便的產(chǎn)品,這也是插入式,外夾式儀表日益暢銷的原因。
3.2 國產(chǎn)化刻不容緩:
據(jù)了解,我國近年來進口儀器儀表約130億美元,出口約30億美元(多為低附加值的電工儀表、家用水表、氣表),國內(nèi)大型工程選用國外儀表占2/3,而 其價格為國產(chǎn)5~10倍,我國大型流量儀表企業(yè)主要依靠國外技術(shù),缺乏擁有自主知識產(chǎn)權(quán)意識,創(chuàng)新乏力;自動化儀表國產(chǎn)化刻不容緩!
3.3 品種多,選用要實事求是:
流量儀表品種、類型較多,正確選用并非易事,建議:
(1)不要輕信廠商宣傳,廠商為利所圖,往往對儀表的技術(shù)指標夸大其詞,選用時要理性分析這些參數(shù)的依據(jù),有無檢驗證明。
(2)按需選取,勿追求高指標,如不是用于商務(wù)計量,貿(mào)易核算,準確度要求可以降低,如工控系統(tǒng)的某些場合,檢測、監(jiān)控儀表的重復(fù)性、可靠性好就可以了。
(3)全面考慮經(jīng)濟指標,儀表的經(jīng)濟性并非限于一次購買費用,還要考慮安裝維修(停產(chǎn)損失),是否節(jié)能(長期運行費)等因素。
4 自動化測試系統(tǒng)的設(shè)計挑戰(zhàn)
測試管理人員和工程師們?yōu)榱吮ＷC交付到客戶手中的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性,在各種應(yīng)用領(lǐng)域 (從設(shè)計驗證,經(jīng)終端產(chǎn)品測試,到設(shè)備維修診斷)都采用自動化測試系統(tǒng)。他們使用自動測試系統(tǒng)執(zhí)行簡單的“通過”或“失敗”測試,或者通過它執(zhí)行一整套的產(chǎn)品特性測試。由于設(shè)計周期后期產(chǎn)品瑕疵檢測的成 本呈上升趨勢,自動化測試系統(tǒng)迅速地成為產(chǎn)品開發(fā)流程中一個重要的部分。這篇“設(shè)計下一代自動化測試”的文章描述了一些迫使工程團隊減少測試成本和時間的 挑戰(zhàn)。這篇文章還深刻地洞察了測試管理人員和工程師們?nèi)绾瓮ㄟ^建立模塊化軟件定義型測試系統(tǒng)來克服這些挑戰(zhàn)。這種測試系統(tǒng)在減少總體成本的同時,顯著地增 加了測試系統(tǒng)的吞吐量和靈活性。
如今的測試工程師們面臨著一系列新的壓力。他們所面臨的產(chǎn)品設(shè)計比前幾代更為復(fù)雜;為了保持競爭力并滿足客戶要求,開發(fā)周期要求越來越短 ;產(chǎn)品測試成本越來越高,而預(yù)算越來越少。
4.1不斷提高的設(shè)計復(fù)雜性:如今,測試測量的最明顯趨勢是器件復(fù)雜性不斷增加。例如,消費電子、通信和半導(dǎo)體工業(yè)持續(xù)要求將數(shù)字圖象/視頻、高保真音頻、無線 通信和因特網(wǎng)互聯(lián)性集成到一個單獨產(chǎn)品中。甚至在汽車中都集成了復(fù)雜的汽車娛樂和信息系統(tǒng)、安全和早期預(yù)警系統(tǒng),以及車身和發(fā)動機上的控制電子裝備。測試 系統(tǒng)的設(shè)計不僅需要足夠靈活地支持對不同產(chǎn)品模型進行廣泛的測試,還需要能夠進行升級以提供新測試功能所需的更多測試點。
4.2 更短的產(chǎn)品開發(fā)周期:
由于希望不斷提高新產(chǎn)品和技術(shù),擁有市場第一個占有率的競爭天性,設(shè)計和測試工程團隊只能不斷的縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
總之,只有設(shè)計出新的測試策略來減少測試時間,并提高從設(shè)計到生產(chǎn)的測試效率,才能更好的為企業(yè)服務(wù),自動化儀表才能發(fā)揮更大的效能。