壓力變送器在電動減壓閥控制原理

在工業現代化發達的今天，壓力變送器在工業控制系統中扮演著重要的角色，不僅實現了控制畫面上顯示系統的壓力，而且也參與重要的邏輯計算和參數報警功能。本系列蒸汽減壓閥執行器被用作調節閥的執行機構時，調節閥本身所要求的各種動作變換功能以及閥開度信號功能和手動功能。壓力調壓閥采用電動單座調節閥（或防爆型電動調節閥）+溫控器+智能型壓力變送器及3芯屏蔽線等附件組成，具有高控制精度,可達±0.2%的控制精度，調節性能及控制精度遠超過常規自力式（蒸汽）減壓閥。

對于壓力變送器在工業控制中的設計和使用不外乎兩種方式：一種內供電模式，即控制系統要給壓力變送器提供24VDC電源，同時也接受壓力變送器供給它的4～20mADC信號；另一種是外供電模式，即控制系統不需要變送器提供24VDC電源給它，控制系統只接受壓力變送器給它的4～20mADC信號。種內供電模式通常設計為兩線制方式，是大家最熟悉，使用頻率的一種模式。第二種方式我們使用的相對較少，大部分同志不太熟悉，而且本文提到的壓力變送器的妙用 是基于第二種用法基礎上再加上筆者個人試驗并成功運用的經驗之談，希望給同行朋友們帶 來裨益，同時也起到拋磚引玉的功效。

一、壓力變送器在電動減壓閥控制原理工藝介紹
控制系統采用全廠一體化DCS控制系統（機、爐、 電、輔機及廠外附屬系統），堪稱真正意義上主、輔一體化控制系統，控制系統采用和利時MACSV系統。由于在設計初期考慮失誤，忘記將生活水變頻器的控制系統納入輔網DCS控制系統，后用而在輔網DCS上實現了按設備控制的功能(將生活水變頻器控制系統按照設備進行控制)，即DCS只負責對生活水變頻器的啟、停控制，其他功能*由PLC按照自己的內部邏輯進行控制。DCS與PLC之間通過6對（變頻器啟動指令DO,變頻器停止指令DO,變頻器運行狀態DI, 變頻器停止狀態DI，變頻器故障DI，變頻器遠方/就地狀態DI）硬接線聯系起來，完成對生活用水變頻的控制。

生活水變頻控制采用一拖二方式（一臺變頻器同時帶兩臺生活水泵），通過泵的出口母管壓力來實現泵的工頻/變頻切換，正常工作時一臺泵運行以滿足生活用水，保持供水母管壓力維持在0.4MPa左右，當用水量增大時，母管壓力降低，運行泵的頻率逐漸增加，當達到工頻后仍不能滿足系統要求時，該泵將保持工頻運行，同時另一臺泵啟動，且頻率逐漸增大以維持系統壓力，當穩定后系統將按照一臺工頻，一臺變頻運行。如果用水量下降，先停掉變頻運行的泵，工頻運行的泵由工頻轉向變頻運行，使出口母管壓力穩定在0.4MPa左右。通過上述說明可知，母管出口壓力對整套系統的安全、穩定運行起著關鍵性的作用。但是，我們的系統是按照無人值守方式設置，在控制室的值班員是根本不知道就地設備的運行情況 的。如何用簡潔的方法讓值班員一目了然得知就地設備的運行情況是我們面臨的問題。

二、壓力變送器在電動減壓閥控制原理設計系統
經過反復琢磨、大膽試驗，終于用最少的設備、*化的方法實現了上述面臨的困難。母管壓力是變頻器控制系統（PLC）的核心，必須保證其主導地位，故將出口母管壓力變送器設計在PLC控制系統中，由PLC提供24VDC電源，同時也接受變送器供給它的4～20mADC信號（內供電兩線制工作模式）。同時將該壓力變送器的4～20mADC信號引入DCS系統，作為供水系統壓力監視點實現了在DCS畫面上監視功能，做到了一臺壓力變送器在兩個系統（PLC系統 、DCS系統）中同時使用的創舉。同時又用了RS485通訊方式實現了PLC與DCS系統通訊功能，只監視泵的運行情況（工頻/變頻運行，一臺泵運行或兩臺泵運行），同時操作員在控制室通過監視供水壓力，得知泵的實際情況，達到了預期目標。接線原理圖如下：
該閥的特點只需普通220V電源，利用被調介質自身能量，直接對蒸汽、熱氣、熱油與氣體等介質的壓力（溫度）實行自動調節和控制，亦可使用在防止對過熱或熱交換場合。 

1.執行器設計有伺服系統（無需另配伺服放大器），只需接入D C4 ~ 20m A （或DC1~5V）信號和對應的電源即可工作。內設接線端子，接線為簡單方便。2.執行器的關鍵部件 — 控制器，采用混合集成電路，用樹脂密封澆鑄, 外形為匣狀，體積小，可靠。
3.驅動量的反饋檢測采用導電塑料電位器。
4.具備自診斷功能，當發生故障時，控制器上的指示燈會立即發出指示信號。
5.用狀態選擇開關可以設定斷信號時，（閥芯處于全開，全閉或自鎖狀態。）
6.用狀態選擇開關可以設定（正、反動作。）
7.用狀態選擇開關可以設定輸入信號為（DC4~20m A或DC1~5V 。）
8.調整工作零點（始點）和行程（終點）簡單易行。
9.當突然斷電時，能確保閥芯自鎖。
10.采用同步皮帶轉動，有效降低了噪音。
11.延時保護功能，額定負載時，能實行狀態自鎖，故障發生時，能立即起動保護，并可反向運行取消延時保護。

三、壓力變送器在電動減壓閥控制原理實現原理
PLC系統提供24VDC電源，同時接受變送器供給它的4～20mADC信號作為控制變頻水泵運行的信號，同時整個回路的4～20mADC信號也送往DCS作為壓力源，監視泵的實際運行情況。對DCS系統來說，接受4～20mADC信號，相當于自身的外供電模式工作。綜合起來看，上述系統相當于PLC作為供電電源，壓力變送器和DCS相當于兩個電阻的串聯，整個回路電阻相當于增大，而回路的電流有所減小。但經過我的現場測試與計算，變送器的供電電壓*其要求，整個回路電流減小后，使經過PLC與DCS的電流減小（但均能滿足PLC與DCS的要求），降低卡件的發熱量，更有利于卡件的正常工作。
用以實現需要按照PID控制規律進行自動調節的控制任務用以實現需要按照PID控制規律進行自動調節的控制任務，比如溫度、壓力和流量控制等。PID功能需要模擬量輸入，以反映被控制的物理量的實際數值，稱為反饋；而用戶設定的調節目標值，即為給定。PID運算的任務就是根據反饋與給定的相對差值，按照PID運算規律計算出結果，輸出到變頻器（驅動水泵）等執行機構進行調節，以達到自動維持被控制的量跟隨給定變化的目的。

1、系統框圖

標定系統的主要組成元件包括上位機、下位機硬件電路、壓力控制器、多用表等。上位機通過4個232串口實現與下位機、壓力變送器、多用表和壓力控制器的通信，自動標定軟件系統安裝在上位機之后，能夠實現32路壓力變送器自動標定。下位機硬件電路與上位機通過232串口連接，控制32路標定通道自由切換，下位機部分的協議轉換模塊實現了上位機與壓力變送器之間的通信。壓力控制器通過232串口與上位機通信，接收壓力控制信息，控制壓力變送器輸入氣壓大小。多用表通過232串口與上位機通信，接收多用表控制信息，能夠將采集的壓力變送器輸出電流數據發送至上位機。

2、標定原理

壓力變送器自動標定系統提供電流輸出型壓力變送器零點遷移和量程遷移的數字標定。零點遷移指的是當變送器工作在工作量程的下限值時，使用某種調整手段引起壓力變送器輸出值的變化。量程遷移指的是使用某種手段引起壓力變送器電流輸出范圍的變化。壓力變送器標定的原理是將壓力變送器在其工作量程內輸出的標準值作為度量的尺子，測量待標定的壓力變送器在其工作量程內原始輸出的值，從而計算待標定壓力變送器所需要的零點遷移和量程遷移的值，將計算結果寫入壓力變送器內部的信號調節芯片，最終實現待標定壓力變送器在其工作量程內輸入輸出曲線與壓力變送器標準輸入輸出曲線一致，完成標定。

壓力變送器根據測定的壓力反饋4-20ma.DC電流信號，在控制臺中與設定值比較，當兩者之差達到一定數值后，控制臺向電動調節閥發出調節信號。而電動調節閥的執行機構按此信號，使閥桿帶動閥芯產生位移，改變通過調節閥的流量，直到測試點壓力達到要求.從而達到自動調節壓力的目的。
DCS的電流信號接線端子有四個端子，如果需要內供電方式，則接An和Bn；如果只接受4～20mADC信號，就接Cn和Dn兩端，而我們在此只需Cn與變送器的24V+相接，Dn與PLC的24V—相接即可（即將DCS的Cn和Dn串接在回路中）。DCS的接線端子原理圖如下：

四、總結
運行情況良好。筆者覺得這種做法值得推廣。用傳統的方法是每個系統用一臺壓力變送器單獨由各自的系統通過內供電模式實現，而該方法僅用一臺壓力變送器巧妙地實現上述功能，而且對系統優化、節省投資和減少維護也是值得提倡。加上在管道上開取樣空、焊儀表管座、儀表閥門等。