Vooluhulk, rõhk ja temperatuur on kolm põhiparameetrit objektide tuvastamiseks, mida kasutatakse mõõtmisel laialdaselt. Hiina tööstuse kiire arenguga on vooluhulga mõõtmise nõuded erinevates automatiseeritud juhtimissüsteemides muutunud üha karmimaks, mis on viinud voolumõõturite ulatusliku kasutuselevõtuni.
Nõuded protsessijuhtimise voolumõõtmisseadmetele
Voolumõõtureid kasutatakse protsesside juhtimisel laialdaselt. Nende roll hõlmab vedeliku voolukiiruste tuvastamist suletud torustikes. Vajadusel integreeritakse voolumõõteriistad juhtseadmete ja täiturmehhanismidega reguleerimissüsteemide moodustamiseks, stabiliseerides voolu sobivates vahemikes, et tagada protsessi stabiilsus. Arvestades seda protsessi juhtimise spetsiifilist funktsiooni, peavad vooluhulga mõõtmise instrumendid vastama järgmistele nõuetele.
1. Toimivuse stabiilsus
① Voolumõõteseadmete väljund peaks olema suurepärase stabiilsusega. Kui voolusignaal ise sisaldab müra, peaksid sisemised summutuse reguleerimised lugemise hõlpsaks tõlgendamiseks stabiliseerima. Regulaatoriga juhtimissüsteemi integreerituna peaks regulaatori väljund jääma märgatavate võnkumisteta.
② Ümbritseva õhu temperatuuri mõju instrumendi kuvatavale väärtusele peaks jääma kindlaksmääratud tehniliste parameetrite piiridesse.
③ Instrument peab näitama suurepärast pikaajalist{0}}stabiilsust.
2. Töökindluse nõuded
① Instrumendid peavad olema väga töökindlad. Kaasaegsed tööstuspaigaldised kalduvad suuremahuliste pidevate protsesside poole, kus instrumendi rike võib toiminguid kergesti destabiliseerida. Kuna torujuhtmetele paigaldatud voolumõõtureid ei saa protsessi peatamisega parandada, tuleb töökindlus seada esikohale nii instrumendi valmistamisel kui ka süsteemi projekteerimisel,{3}}sealhulgas temperatuuri kompenseerimiseks kasutatavate termistoride töökindlus. Mõned tootjad rakendavad tõrkeohtlike ja raskesti parandatavate komponentide koondamist. Muud projekteerimismeetodid anduri vahetamiseks ilma voolu katkestamata. Elektromagnetiliste voolumõõturite tootjad pakuvad tehnikaid ja tööriistu mitte-häirivate elektroodide asendamiseks, mis kõik aitavad suurendada töökindlust.
② Vea diagnostika. Instrumendi rikke korral peaks diagnostikasüsteem automaatselt näitama vea asukohta ja olemust, et minimeerida remondiaega. Kui diagnostikaandmed edastatakse digitaalselt arvutisse, saab arvuti jälgida instrumendi tööd, käivitada rikete ajal häireid, kuvada rikke üksikasju ja isegi rakendada vajalikke ohutusmeetmeid.
3. Tugev häiretevastane-võime
① Vibratsioonikindlus.
Enamik vooluandureid on paigaldatud torujuhtmetele karmides välikeskkondades, kus vibratsioon on suureks häireks. Seetõttu peavad vooluanduritel, saatjatel ja muudel komponentidel olema tugev häirevastane{1}}võime. Mõned keerisevoolumõõturid ja Coriolise massivoolumõõturid töötavad ebapiisava vibratsioonikindluse tõttu põllul halvasti, ilmutades selliseid nähtusi nagu "vale näidud" või "liigsed näidud".
② Vastupidavus raadiosageduslikele häiretele
Tööstuskohtades, kus asuvad voolumõõturid, on mitu häireallikat. Näiteks võivad pea kohal liikuvad sildkraanad, läheduses töötavad kahveltõstukid või raadiosaatjaid{1}}kasutavad töötajad põhjustada teatud vooluhulgamõõtmisseadmete näitude tõusu. See juhtub siis, kui kraanade elektrisüsteemide, tõstukite süüteküünalde või raadiosaatja{3}}raadioantennide kiiratavad raadiosageduslikud elektromagnetlained sisenevad instrumenti erinevate radade kaudu, häirides selle tööd. Viimastel aastatel on raadiosageduslike häirete mõju pälvinud märkimisväärset tähelepanu. Mõõteriistad sisaldavad nüüd raadiosageduslike häirete vastupidavuse spetsifikatsioone ja kasutavad häirekindluse suurendamiseks paljusid meetmeid.
4. Lühike reageerimisaeg
Paljud voolumõõteriistad moodustavad regulaatoritega juhtimissüsteemid, mille reaktsiooniaeg on alla 1 sekundi. Seadeväärtuse voolu reguleerimise süsteemides võib koguajakonstant, mis ületab 1 sekundi vooluhulga mõõtmise segmendis, reguleerimise kvaliteeti oluliselt halvendada. Rasketel juhtudel võib see põhjustada süsteemi võnkumisi ja talitlushäireid.
5. Erinevad väljundsignaalid
① Analoogväljund.
Voolumõõteriistadel peaks olema 4–20 mA analoogväljund ja konstantse voolu omadused.
② Sagedusväljund.
Voolumuundurid (muundurid) edastavad voolusignaale kuvaritele või kontrolleritele sageduse kaudu, säilitades täpsuse minimaalse kaoga-selle meetodi peamine eelis.
③ Digitaalne väljund.
Voolu mõõtmise instrumendid ühendatakse arvutitega sideportide, näiteks RS485 kaudu. Spetsiaalse tarkvara toega ei edasta nad mitte ainult mõõdetud parameetreid arvutitele, vaid saadavad ka veateavet, konfiguratsiooniandmeid ja instrumendi olekunäitajaid. Lisaks saavad operaatorid muuta väliseadmete konfiguratsioone, teostada kontrolle, kalibreerida, hooldus- ja haldusülesandeid kaugjuhtimisruumidest arvutite kaudu.
Voolu tuvastamine ja voolumõõturi kasutamine
Vooluhulga mõõtmine on levinud tööstuslik mõõtmismeetod, mida kasutatakse laialdaselt sellistes sektorites nagu elektritootmine, metallurgia, keemiatehnika, nafta ja toiduainete töötlemine. Iga protsess, mis hõlmab massi muutusi, nõuab voolu mõõtmist. Voolumõõturid on selle mõõtmise tööriistad. Erinevate mõõtmispõhimõtete põhjal võib need seadmed liigitada mitmesse tüüpi. Kaasaegsete mõõtmistehnikate edenedes on voolumõõturid arenenud varasest diferentsiaalrõhust, positiivsest nihkest ja elektromagnetilistest tüüpidest. Nüüd on neil mitte ainult lihtsam struktuur, vaid ka üha mitmekesisemad funktsioonid. Voolumõõturi mõõtmiste täpsus mõjutab otseselt tööstuslike juhtimisprotsesside korrektset ja stabiilset täitmist, mis on otseselt seotud Hiina riigi majandusarenguga. Seetõttu on levinud vooluhulgamõõturite põhimõtete valdamine ja tüüpiliste vooluhulgamõõturite automaatikasüsteemides kasutamise mõistmine ülioluline tööstuse automatiseerimise tasemete ja mõõteriistade standardite parandamiseks.
Voolumõõturite rakendamine automatiseeritud juhtimissüsteemides
1. Voolumõõturite rakendamine naftaväljade automatiseeritud mõõtmissüsteemides
Naftaväljad on üks laiaulatuslikumaid voolumõõturite rakendusvaldkondi, mida kasutatakse peamiselt naftatootmise mõõtmiseks, statistikaks ja analüüsiks, sealhulgas kaevude igapäevaseks jälgimiseks. Täiustatud mõõtmis- ja protsessitehnoloogiad hõlbustavad naftaväljade arendamise seisundi ja veehoidlate muutuste õigeaegset mõistmist, võimaldades analüüsida nafta- ja gaasitootmise dünaamilisi nihkeid, et suunata edasi naftaväljade arendusstrateegiaid. Naftaväljade alam-ühiku mõõtmisel läbivad toorelt toodetud vedelikud kõigepealt kolme-faasieraldajat, mis jagunevad kolmeks vooluks: üks suunatakse reguleerimisventiili kaudu kompressorijaama, teine elektromagnetilise vooluhulgamõõturi kaudu settimismahutisse ja kolmas massivoolumõõturi kaudu puhverpaaki.
Õli-vee segu läbib massivoolumõõturi anduri, mis kogub õlitorus selliseid parameetreid nagu voolukiirus, temperatuur ja tihedus. Need signaalid edastatakse protsessorisse, kus asjakohased mikroarvuti algoritmid analüüsivad ja arvutavad kogutud toornafta ja vee parameetreid. Pärast edastusetapi läbimist saadetakse andmed seirehostile TCP/IP Etherneti side kaudu. See võimaldab laiaulatuslikke haldusfunktsioone, sealhulgas andmete kuvamist, salvestamist, aruandlust ja printimist, saavutades seeläbi mitmete nafta{4}}veemõõtmissüsteemide jälgimise.
Lisaks kogub voolumõõturi andur naftaväljade{0}}pööramiskohtades, mis on seotud suure tihedusega puurimisvedelike ja raskete materjalide jäätmetega sügavates puuraukudes, ja analüüsib neid puurimisvedeliku viskoossuse, tiheduse ja tsentrifuugi jõudlusparameetrite muutusi. Pärast seda, kui juhtsüsteem arvutab tsentrifuugi töökiiruse ja vastava töötlemisvõimsuse, loob arvuti-väljundjuhtimine juhtimissüsteemi töövoo. See suurendab tõhusalt raskete materjalide taaskasutamise määra ja vähendab nende kasutuskulusid.
2. Voolumõõturi rakendused elektrijaamade protsessisüsteemides
2.1 Kasutamine katla õhuvarustusprotsessides
Elektrijaamade kateldes mõõdavad vooluhulgamõõturid eelkõige õhu, auru ja katla õhu juurdevoolu vooluhulka. Kõige sagedamini kasutatav voolumõõtur on keerisvoolumõõtur. Kiiruse põhimõttel töötades kasutab see voolu mõõtmiseks regulaarset keerise katmise nähtust. Kui vedelikud, nagu aur või õhk, voolavad andurist mööda, moodustub anduri ette kõrgrõhuala, kus rõhk ületab toru staatilise rõhu. Kui vedelik kiirendab läbi toru kiirendussektsiooni, moodustub madala-rõhutsoon, kus rõhk on toru staatilisest rõhust madalam. Seejärel tekib selle madala-rõhutsooni taha keerise{7}}indutseeritud vaakumtsoon, mis tekitab rõhukõikumisi. Nende kõikumiste sagedus on otseselt võrdeline gaasi voolukiirusega. Seda vibratsioonisagedust mõõtes ning sobivat teisendust ja kompensatsiooni rakendades saab arvutada vedeliku kiiruse.
Võttes näiteks keerisevoolumõõturi mõõtmise katla õhu juurdevooluhulga puhul: katla õhu juurdevool on kriitiline parameeter, mis peegeldab elektrijaama katelde ja ventilaatorite tööseisundit, mängides olulist rolli katla põlemise automaatses juhtimissüsteemis. Tegelikud elektrijaama õhuvarustuskanalid on ristlõikega valdavalt ristkülikukujulised-, mistõttu on tavapäraste vooluhulgamõõturite puhul täpne mõõtmine keeruline. Pöörisvoolumõõtur näitab selles rakenduses suurepärast jõudlust.
Kui katla õhuvooluhulga mõõtmiseks kasutatakse keerisvoolumõõtureid, koosneb süsteem andurist, muundurist ja juhtimiskeskusest. Andur koosneb keerisegeneraatorist ja keerisedetektorist, mis vastutavad peamiselt õhu juurdevoolu voolu mõõtmise ja vastavaks sagedussignaaliks muundamise eest. Seda sagedussignaali kujundatakse ja võimendatakse muunduris, väljastades juhtimiskeskusesse 4–20 mA alalisvoolu juhtsignaali. Seal kuvatakse, salvestatakse ja analüüsitakse mõõdetud õhuvoolu, mis on elektrijaama katla tööoleku kriitilise võrdlusalusena.
Katla õhuvoolu mõõtmiseks keerisvoolumõõturite kasutamisel tuleb hoolikalt kaaluda instrumendi vahemiku valikut ja temperatuuri/rõhu kompenseerimist. Mõõdetud vedeliku voolu hoidmine 1/2 kuni 2/3 keerisvoolumõõturi võimsusest tagab täpsuse jäämise vastuvõetavatesse piiridesse. Lisaks tuleb valida sobivad temperatuuri ja rõhu mõõtmise instrumendid, mis täiendavad keerisevoolumõõturit, luues täpse ja täpse katla automaatika juhtimissüsteemi. Arvuti- ja mikroelektroonikatehnoloogia edusammudega on laialdaselt kasutusele võetud intelligentsed keerisvoolumõõturid. Voolu kalibreerimise ja enesediagnostikavõimalustega{8}} võimaldavad need elektrijaama katla töötingimustel põhinevat paindlikumat juhtimist ja parandavad vigu, esindades küpsemat tehnoloogiat.
2.2 Kasutamine suitsugaaside väävlitustamise protsessides
Voolumõõtureid kasutatakse laialdaselt ka elektrijaamade suitsugaaside väävlitustamise protsessides. Suure tolmusisalduse, kõrgendatud temperatuuride ja suitsugaaside heitkoguste söövitavate omaduste ning turbulentse ja keerisevate tingimuste tõttu katla lõõrides on vooluhulga täpne mõõtmine keeruline. Järelikult on keskmiste väärtuste arvutamiseks vaja mitut mõõtmispunkti. Elektrijaamade arvukad mõõtmispunktid,-sealhulgas primaarõhk, sekundaarõhk, katla toitegaas ja desulfureeritud suitsugaas- seavad suitsugaaside seire jaoks olulisi väljakutseid. Väävli eemaldamiseks mõeldud suitsugaaside voolumõõturid kasutavad ainulaadset termilisel dispersioonil põhinevat põhimõtet. Need muudavad anduri RTD temperatuuri erinevuse ja voolukiiruse vahelise seose lineaarseks voolusignaali väljundiks. Koos spetsiaalsete vooandmete mudelite ja ähmase juhtimise teooriaga genereerivad need juhtsignaale. Süsteemi juhtimine saavutatakse spetsiaalsete laadimis{9}}anduri ja kraapimisseadmete abil.
3. Voolumõõturi rakendused reoveepuhastussüsteemides
Farmaatsiatehaste reoveepuhastussüsteemid
Kaasaegse tööstuse kiire arenguga kasvab olmereovee puhastamise tähtsus jätkuvalt. Voolumõõturid on leidnud laialdast rakendust automatiseeritud reoveepuhastites. Reovesi sisaldab olulisel määral heljumit, heitvett, lisandeid, patogeene jne. Erinevates seirepunktides on vooluhulgamõõturitele erinevad nõuded. Kasutatakse nii elektromagnetilisi voolumõõtureid kui ka ultraheli voolumõõtureid ning ultraheli voolumõõtjaid on viimastel aastatel üha rohkem kasutatud tänu nende suurele täpsusele, heale integreerimisele ja kompaktsele suurusele.
Võttes näiteks ultraheli voolumõõturite kasutamise reoveepuhastuses: integreerides ultraheli voolumõõturid Parshalli lõõriga, jälgitakse heitvee voolu, et reguleerida sissevoolu ja möödavooluklappe, saavutades seeläbi voolu reguleerimise reoveepuhastuses. Ultraheli voolu automaatjuhtimissüsteemis tuvastavad ultraheliandurid vooluteavet. Mõõtes kaugust nullasendist anduri membraanini ja kogu -skaala vahemikku, määratakse tegelik kõrgusele vastav reoveevool ja edastatakse see juhtimissüsteemi kesksele mikroprotsessorile. Pärast teisendamist väljastatakse 4–20 mA impulsssignaal keskses juhtimisruumis olevale programmeeritavale kontrollerile. Pärast suhtlust kuvab haldusterminal teavet, sealhulgas hetkelise voolukiiruse, maksimaalse väärtuse, minimaalse ja keskmise väärtuse. See toetab voostatistikat ja printimist ning töötab veadiagnostika loogika alusel.
Kui ilmnevad süsteemi vead või ebanormaalne vool, väljastab see häireteavet, paludes operaatoritel reguleerida sisselaskeventiili ja möödavooluklappi voolu reguleerimiseks, täites sellega reoveepuhastusprotsessi tootmisnõudeid. Täiustatud juhtimissüsteemid võivad käsitleda voolu muutuva sisendina keskjuhtimisruumis asuvasse PLC-sse. See võimaldab sisselaskeklapi ja möödavooluklapi reguleerimissammude otsest programmilist arvutamist ja juhtimist. Samal ajal kaob nende ventiilide muutmine elektriajamiteks vajaduse käsitsi operaatori sekkumise järele, mis suurendab süsteemi tõhusust.
Lisaks nendele rakendustele kasutatakse voolumõõtureid laialdaselt väävlitustamise protsessides, alalisvoolu toitesüsteemides, söe gaasistamise reoveepuhastuses, energia mõõtmises, keskkonnakaitses ja muudes valdkondades, mis läbivad tööstusliku tootmise iga energia muundamise etappi. Tööstusliku automatiseerimise pideva arengu ja arvutite mikroelektroonika tehnoloogia kiire arenguga on voolumõõturid arenenud mehaanilistest elektroonilisteks. Jätkuvalt kerkib esile uut tüüpi voolumõõtureid, mis mängivad Hiina rahvamajanduses üha olulisemat rolli ja näitavad paljutõotavaid arenguväljavaateid.