摘 要 在現場不具備測量條件或無法安裝流量計的情況下，基于 CS3000 系統和金屬管浮子流量計，通過重量的轉換，間接實現對固體粉料流量的測量。流量計算過程中，通過金屬管浮子流量計測量實時重量的變化，經過微分運算得到實時流量。對流量的運算方式進一步改進后，避免了由于振動等原因造成的測量誤差，并且實現了流量單位的自由轉換，提高了系統的可操作性。

 

    某樹脂裝置新建一套催化劑加料系統，該加料系統將催化劑粉料以氮氣輸送方式連續送至反應器。該套設備由料倉、上罐和下罐 3 部分組成。上罐為鎖氣罐，下罐為噴吹罐。上罐入口安裝有一臺圓頂閥用于連接料倉，上罐和下罐之間通過兩臺圓頂閥隔斷。噴吹罐底部安裝有一臺旋轉給料裝置，該裝置由變頻電機驅動，根據下料流量來控制電機轉速，從而實現給料自動控制。準確測量粉料流量是穩定輸送催化劑的關鍵，如果催化劑一次輸送過多，可能造成反應器飛溫; 如果輸送催化劑不夠，又需要二次輸送，延誤生產。 

 

    1 控制方案

    對于固體粉料流量的測量，基于 CS3000 和金屬管浮子流量計的測量系統采用間接測量轉化法，將下罐粉料重量的變化量轉化為粉料的實際流量，根據流量的變化實現對變頻電機的控制。重量轉化原理是對重量進行周期采集，在一個采樣周期內，將本次采集值和上個采樣周期的采集值相減，相減的值除以采樣時間即得到瞬時流量值 F:

 

 

    其中，dW 是在一個采樣周期內罐體的重量變化值; dT 為采樣時間變化量。由公式可以看出， dW 是與時間有關的變量，與工藝實際工況有關; dT 代表了采樣精度，時間越短，采樣精度越高，即 dT 越小，dW 變化越快，系統響應越快，流量的更新速度越快［1］。 該系統的實際重量與流量的采樣周期的非常小值可以按以下方式估算:

 

 

    非常終得到的非常小采樣周期為 1． 2s，由于 DCS系統一般為整數，故采樣周期可以根據實際情況在 1 ～ 2s 內浮動設定。 

 

    2 控制系統組態

    樹脂裝置控制系統采用 CS3000 系統。由于CS3000 系統默認掃描和控制周期為 1s，故采樣周期的非常小值 Tmin采用系統默認時間 1s。由瞬時流量公式可以看出，重量的變化值除以相對時間的變化值，其實質可以看作是對該段時間重量進行微分計算。如圖 1 所示，實現方法可以在 CS3000系統內將重量的 PV 值送到 LD 微分塊中，微分塊

計算輸出 CPV 就是當前流量［2］。

 

 

    微分塊 LD 將信號輸入執行以下運算:

 

 

    LD 的調整參數中，GAIN 取默認值 1． 00，微分時間設為 1s。由于 CS3000 系統默認掃描控制周期為 1s，在 LD 塊中每一秒都會對重量進行采集并輸出計算結果，過小的運算掃描時間可能會因為現場電機振動等產生的瞬間重量波動對LD 塊輸出產生影響。所以，如果僅采用微分塊的計算結果輸出到 PID 控制回路，可能會因瞬間流量波動，不能很好地控制變頻器的轉速。因此，在以上控制方案的基礎上，需要增加一個可以手動設置采樣時間的程序。采樣時間由操作員手動設置，可以避免重量的瞬間波動對系統產生的影響。程序塊如圖 2 所示。

 

 

    圖 2 中批量數據采集塊 BDA-L 用來存儲不同時刻的重量變化，將第 1 個采樣時間的重量存放在數據存儲區 DT01 中，第 2 個采樣時間的重量變化存放在 DT02 中。計算塊 FEED-LD 和順控表 FEED-ST 塊用來判斷條件和執行流量運算，其中計算塊 FEED-LD 的程序代碼如下［3］:

 

    PＲOGＲAM 

    ALIAS A FEED-ACQUA． DT01 

    ALIAS B FEED-ACQUA． DT02 

    ALIAS C WI-001． PV 

    ALIAS D FEED-TM 

    IF( D = = 1) THEN 

    A = C ! 將金屬管浮子流量計當前 PV 值賦給批量數據采集塊數據存儲區 01

    END IF 

    IF( FEEDSW． PV = = 0) THEN 

    B = C ! 將金屬管浮子流量計當前 PV 值賦給批量數據采集塊數據存儲區 02 CPV = ( A － B) /D ! 將兩個采樣重量相減后除以采樣時間，輸出結果 CPV 

    END IF 

    END

 

    順控表和計算塊的配合，實現了條件判斷和計算輸出。順控表 FEED-ST 塊的程序見表 1。

 

 

    順控表的執行選擇 TC 方式，計算塊選擇周期執行，計時器計時上限 PH 設置采樣時間，上位機保留更改計時器 PH 的輸入端口。在順控表FEED-ST 塊中，利用一個公共開關 FEEDSW 來判斷采樣時間是否達到，當采樣時間到時開關為 0，此時執行計算塊中滿足 IF 語句的條件，計算塊的輸出 CPV 為采樣周期內的流量，順控表中執行步號由 A2 跳轉為 A1，將公共開關 FEEDSW 置 1，同時重啟計時器 FEED-TM。

 

    通過以上運算計算塊輸出的流量，所得數據單位為 kg /s。但工藝實際操作流量顯示單位為kg /h，需要進行時間單位換算，將計算塊的輸出CPV 乘以 3 600 即可實現［4］。考慮到觀察方便、可操作因素，用數據設定塊實現單位換算，當需要顯示每小時或每個班次( 8h) 的流量時，可以通過數據設定塊輸入不同的數值實現單位切換，這樣在需要更換時間時，免去了對系統進行在線下裝的步驟。如需要每小時的流量，將數據設定塊 SV設為 3 600。乘法塊 MUL 將計算塊的輸出 CPV和數據設定塊輸出相乘，實現單位的轉換。

 

    非常后，系統運算的流量作為催化劑連續加料變頻器控制回路的測量值，輸入到 PID 塊的 IN 端，實現整個回路閉環控制。 

 

   3 結束語

   對于氣體和固體粉料流量的測量，可以通過多種方式實現。在這套裝置中，以測量重量的變化，實現了對流量的間接測量。考慮到由于輸送過程中電機振動、重量瞬間波動等因素，將重量的微分運算更改為手動運算，避免了由于采樣時間過小造成流量的大幅波動。由于采樣時間單位為s，運算后流量的顯示單位為 kg /h，通過手動設置時間，可以在小時、班次( 8h) 等時間切換，方便了工藝操作員進行觀察和操作。