棒線型材廠超聲波液位計儀表故障案例解析
文章介紹了筆者現(xiàn)場工作中遇到的儀表故障的處理過程及分析。
1、概述：
筆者主要負責柳鋼棒線型材廠現(xiàn)場電氣設備技術管理, 工作中常常接觸各類儀表故障, 因為現(xiàn)場儀表通常采用弱電信號, 故障源往往較為隱蔽, 所以在面對儀表故障時, 需要在掌握其工作原理的基礎上, 耐心細致地排查處理。在此, 對近一年遇到的幾個儀表故障的處理過程進行介紹和分析。
2、故障案例：
2.1、稱重控制器串口燒故障：
我廠五六棒成品地磅選用托利多IND331系列稱重控制器, 通過RS232通訊接口, 將其中一路數據傳輸至生產管理網電腦主機, 進入稱重控制系統(tǒng), 完成數據統(tǒng)計及標牌打印等工序。另一路數據傳輸至懸掛在生產現(xiàn)場的顯示屏, 面向操作工顯示實時稱重數據。發(fā)生在六棒的一次故障中, 生產管理網無法接收稱重數據, 經檢查發(fā)現(xiàn)稱重控制器RS232通訊接口燒, 無信號輸出, 更換控制器主板, 使用幾個小時后RS232接口再次燒壞?，F(xiàn)場檢查了接地、外部電源、電腦主機均未發(fā)現(xiàn)異常。初步判斷系瞬間過電壓導致RS232接口燒, 但是不能確定過電壓來自稱重控制器還是電腦主機。因為無法確定故障點, 為了避免可能出現(xiàn)的過電壓通過RS232數據線波及稱重控制器 (電腦主機) , 決定采取光電隔離的方式保護通訊雙發(fā)設備, 在原本直接通過RS232數據線連接的稱重控制器和電腦主機之間增加一套RS232光纖轉換器。經過光電隔離后, 可以確保通訊雙方任何一方出現(xiàn)故障, 產生過電壓時, 不牽連到另一方設備, 減少損失。
圖1 光電隔離示意圖 下載原圖
2.2、超聲波液位計線路干擾故障：
五六棒生產用水采用自循環(huán)方式供水, 由不同泵組實現(xiàn)生產水在冷水池、軋線、漩流池、平流池之間的周轉。軋線滿負荷生產時, 水循環(huán)系統(tǒng)周轉迅速, 瞬時流量達4000m3/h, 如果幾個水池的液位控制失衡, 很可能引發(fā)水池溢水事故, 浸泡設備, 造成損失。按照設計, 平流池液位檢測元件為超聲波液位計, 將水池液位以兩線制4~20m A信號形式傳輸至PLC, 顯示于監(jiān)控WINCC畫面。投產一段時間后, 不定期出現(xiàn)液位波動的現(xiàn)象, 盡管波動幅度不大, 但不利于值班人員準確掌握水位情況, 存在一定隱患。
起初判斷是由于水池密閉, 水溫高產生霧氣, 飄散到超聲波液位計探頭表面后凝結成水珠, 影響超聲波信號收發(fā), 導致檢測液位出現(xiàn)波動。經過持續(xù)跟蹤觀察, 發(fā)現(xiàn)在氣溫高, 水池沒有霧氣產生的時候依然會出現(xiàn)波動現(xiàn)象, 據此判斷霧氣并非干擾源。該液位計安裝位置距離PLC柜大約60米, 中間穿越部分動力電纜橋架, 判斷干擾或來自線路周圍, 因此決定增加配電隔離器進行抗干擾保護。配電隔離器的工作原理是既為變送器等一次儀表提供24V配電電源, 同時又對輸入的電流信號進行采集、放大、運算、和進行抗干擾處理, 再輸出隔離的電流和電壓信號, 供后面的二次儀表或其它儀表使用。增加配電隔離器后, 液位波動現(xiàn)象果然消失, 前后對比圖如下:
圖2 改造前液位趨勢圖 下載原圖
圖3 改造后液位趨勢圖 下載原圖
2.3、超聲波液位計檢測口干擾故障：
同五六棒一樣, 中型線水處理濁環(huán)冷水池也采用超聲波液位計進行液位檢測。生產中, 該液位數據也出現(xiàn)了波動現(xiàn)象。有別于五六棒平流池, 該水池的水并非從漩流池而來, 而是經過冷卻塔風冷降溫后流入, 因此不存在霧氣蒸騰干擾探頭的可能性。同時, 水池遠離生產現(xiàn)場, 液位計距離PLC柜僅20米, 沿途沒有其他動力電纜, 所以也排除了線路干擾的可能。深入觀察后, 發(fā)現(xiàn)該液位計安裝的位置距離水池入水管口很近, 此處水流湍急, 水花飛濺, 而超聲波液位計的檢測原理是通過傳感器發(fā)出超聲波脈沖信號, 聲波經液體表面反射后被同一傳感器接收, 并由聲波的發(fā)射和接收之間的時間來計算傳感器到被測液體表面的距離, 顯然波濤洶涌的水面將大大影響超聲波液位計的檢測精度。
鑒于表面水位起伏較大, 而下層水流較為平穩(wěn), 決定取消超聲波液位計, 改為不銹鋼纜式壓力液位計。壓力式液位計采用靜壓測量原理, 當液位變送器投入到被測液體中某一深度時, 傳感器迎液面受到的壓力的同時, 通過導氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔, 再將液面上的大氣壓Po與傳感器的負壓腔相連, 以抵消傳感器背面的Po, 使傳感器測得壓力為:ρ.g.H, 通過測取壓力P, 可以得到液位深度。更換后, 液位數據穩(wěn)定準確, 故障排除。
對于超聲波液位計, 除了水面起伏大會對檢測造成影響, 檢測探頭下方有阻擋物體也會造成檢測失真。例如安裝在五六棒漩流池的超聲波液位計, 由于現(xiàn)場人員工作不夠細致, 在液位計檢測口處固定了一根橡膠排水管, 造成液位計探頭收發(fā)信號收到影響, 導致液位失真。經檢查發(fā)現(xiàn)此問題并移除橡膠排水管后, 液位恢復正常。
3、結論：
對于工業(yè)自動化領域, 各類檢測元件、儀器儀表如同控制系統(tǒng)的五官, 不斷采集來自現(xiàn)場的信號、狀態(tài), 反饋到控制系統(tǒng), 幫助實現(xiàn)各種功能。它們遍布現(xiàn)場各個角落, 種類繁多, 卻都遵循相應的標準和規(guī)則, 只要掌握其工作原理、信號特性、安裝工況和周圍環(huán)境, 很多儀表故障都能在實踐摸索中迎刃而解。同時, 在儀表選型的時候, 應該充分考慮安裝工況、信號類型與儀表參數的匹配度, 以免留下故障隱患, 增加日后的維修工作量, 也造成備件浪費。