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基于PLC的蒸汽计量系统设计与实现

时间:2017/10/10来源:未知

摘要:影响蒸汽准确计量的因素很多,如检测仪表选用是否符合蒸汽介质工况,检测仪表安装是否满足要求,蒸汽密度补偿计算是否准确等。本文主要先容首钢京唐企业真空循环脱气精炼炉基于PLC的蒸汽计量系统的设计思路与实现方法。经实践证明该系统运行稳定,满足工艺和生产的要求。

0、引言:
  在转炉冶炼生产过程中会产出大量的过热蒸汽,可供真空循环脱气精炼系统制造真空环境。因为转炉蒸汽产出不连续,不能满足真空泵运行需求,所以必须外购蒸汽进行混合处理后使用。出于对成本的考虑,对外购蒸汽计量的准确性提出了更高的要求。因此设计并实现一套运行稳定、计量准确的蒸汽计量系统迫在眉睫。
1、检测系统设计:
  首先对提出的问题进行分析:
   (1)外购蒸汽属于过热蒸汽;  
   (2)可安装蒸汽流量检测装置的蒸汽管道直管段较短;  
   (3)需要耐高温、耐高压、耐侵蚀且不怕振动;    
   (4)测量精度要达到贸易结算精度等级;  
   (5)测量信号要求接人现有PLC系统。
    依据了解的检测介质状况、安装要求、精度要求等情况进行检测仪表选型9锥型流量计正好满足生产应用要求,且具备重复性好、量程比宽、安装方便等特点。围绕检测仪表设计蒸汽计量系统包括工业微机、V锥流量计、S7 PLC、压力变送器、差压变送器和热电阻温度计组成。检测系统示意图如图1所示,PLC采集蒸汽管路上的压力、温度信号,参照密度表对蒸汽流量进行补正计算。

2 、V锥流量计检测原理及计算公式:
   v锥流量计属于差压流量计,和其他差压式流量仪表一样,也是基于流动连续性原理和伯努利方程来计算流体工况流量的。V锥流量计结构原理如图2所示。
图1检测系统示意图

图1检测系统示意图
图2V锥流量计结构原理

图2V锥流量计结构原理
    V锥流量计中的V型椎体改变了节流布局为环状节流,得到流体差压,依据V锥流量计产生的差压值的平方根与流量成正比关系,有计算公式:
计算公式
式中,Q,为体积流量;C为流出系数;}E为膨胀系数渭为节流比;;d为节流件直径;△户为差压值;Pn为工况密度。
计算公式


式中,D为测量管内径。    上述公式中的流出系数G,膨胀系数‘、节流比月和节流件直径d在V锥流量计出厂时已经在计算书中给出,△尸为实测差压值,剩下的工况密度P、如何确定呢?因为在蒸汽的计量上密度不再遵循理想气体状态方程,在不同压力、温度区间得到的密度也不同,没有简单的函数关系式能够进行计算,大多数情况下都使用查询密度表的方法,根据工况下温度和压力查询密度。

3、基于PLC编程实现:
   基于PLC编程实现的好处在于节省了流量积算仪设备,PLC系统采集仪表信号方便而且编程简单灵活易于实现。有了V锥流量计计算公式,就可以编写PLC程序进行计算了。首先是采集差压信号、温度和压力信号并进行工程量转换计算,可以使用STEP 7为S7系列PLC提供的工程量转换功能块FC105来实现。其次是根据转换后的工况温度、工况压力查询密度表。密度表必须事先进行转化并存储在S7系列PLC可识别的数据块中。为了便于编程寻址,二维密度表要补充占位数据变换为一维线性表进行存储。过热蒸汽密度表如表1所示。
表1过热蒸汽密度


表1过热蒸汽密度
    (2)构造2个子功能FC101和FC102,分别计P算工况压力和工况温度对应的二维数组下标,即
续表

    密度表转化及程序设计思路是:    (1)对过热蒸汽密度表中表压力尸列按***小间隔单位补充数据行,即添加0. 15  MPa,0. 25 MPa,O. 35 MPa,O'. 95 MPa等九行,每行密度数据可参考邻行数据并统一向上或向下取值,如0. 15 MPa参考0. 2 MPa取值则在170℃时取密度值为1. 469,在180℃时取密度值为1. 433,以此类推。对于1. 0 MPa,170℃的情况下,密度表中没有给出有效密度,数据块填写密度值为0,方便程序取值判断。密度表经过转化后按行存储在S7 PLC的数据块中,为方便说明,使用二维数组M来表示则有:
图3蒸汽密度查询程序流程
    孔=(MTR ( T)一170 ) !10式中,MPR ( P) , MTR ( T )分别为工况压力和工况温度条件四舍五人函数,通过二维数组下标计算,如工况压力为1. 22 MPa,工况温度为2Q3℃时,密度为6.3170,此时凡=22,矜=3M [Px]。=M [22〕仁3]_ 6. 317 0 a    (3)根据计算取得的二维数组下标到数据块中取得密度。密度表按行存储在数据块内是一维线性表,需要用数组下标计算得到数据块地址。又因每一个密度数值都是实型数据,存储空间大小相等,方便计算寻址。设地址为A则有:    A=(Pz x 6+兀)x4如M [2][1]=1. 433 0,设数据块为DB18,则此密度值存储在数据块中的地址为52,使用S7语言表示为DB18. DBD52}3}。    (4)关于密度值为空值时的处理,设置错误标志位,当不能取得正确数值时,按照预订规则赋值,如取前一次密度值,并提示查询失败。    (5)蒸汽密度查表程序流程如图3所示。4结语    采用V锥流量计且基于PLC的蒸汽计量系统实现了首钢京唐企业真空循环脱气精炼炉真空系统使用外购蒸汽的准确计量,精度达到贸易结算标准。该系统投运两年多来,运行稳定,故障率低且设备便于维护。

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