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XTRM系列温度远传监测仪在水泥生产监控系统中的应用

南京水泥工业设计研究所    徐上健
上海联合水泥厂        吴维国
上海工业自动化仪表研究所   金建民

一、前言
XTRM系列温度远传监测仪,首先被应用在水泥生产监控系统中。上世纪九十年代初,上海联合水泥厂技改工程利用西班牙政府混合贷 款,从丹麦史密斯公司引进主要生产系统的关键设备,建成日产二千吨熟料的窑外分解生产线。该厂采用ABB公司ASEA ·MASTER集散 控制系统进行生产管理和控制,要求国产设备的运行信息也集中于系统统一监控,但当时的仪表与该计算机系统难以匹配,为此,必须 开发新产品。上海工业自动化仪表研究所、上海联合水泥厂、南京水泥工业设计研究所有关人员,通过共同调研该厂引进的现场仪表、 计算机接口及国产设备的信号,提出了相关要求。上海工业自动化仪表研究所专门成立了由该所显示室主任金建民高级工程师具体负责 的XTRM仪表项目组,经艰辛攻关,完成了XTRM系列多回路温度远传监测仪研制,成功将国产设备的信号与该控制系统相匹配,完善 了全厂生产集中控制,取得了很好的实用效果。这个新产品,特别适用于水泥生产过程的监控,因此,该产品在全国大型、中型干法水 泥厂的设计和生产中得到了广泛应用。

XTRM仪表的输出信号直接输入到计算机系统模拟输入接口,在中央控制室监控,同时在仪表面板上有显示,显示采用模拟指针仪表或 LED数字显示表头。根据用户的需要,可将指示仪表、记录仪表、调节器等与电源串联在XTRM仪表的输出回路,输出电流正比于温度 的变化,用作温度的指示、记录或调节。用户还可通过安装在面板上的薄膜选择按键逐个查阅相对应回路的温度。

二、XTRM系列多回路温度远传监测仪工作原理
XTRM仪表系二线制多回路温度变送器。它与多点热电阻或热电偶传感器配合使用,将各种生产过程中固体、液体、气体的温度显示和 变送远传。(原理框图如图一所示)XTRM仪表安装在被测对象附近,用屏蔽电缆将各回路的热电阻或热电偶传感器的测温信号连至该 仪表各自独立的前置放大器,前置放大器将微弱变化信号放大处理,输送到比较输入电路(选择高温信号)或选点输入电路,进行信号 选择。被选中的回路信号,再经过电压/电流转换单元处理,将前置放大器的输出电压转换成DC 4~20mA电流信号输出。如选择测温 范围0~150℃则对应DC 4~20mA输出。

                         

三、XTRM仪表在水泥生产监控中应用例举
(一)XTRM仪表用于煤磨电收尘器、大型煤粉仓温度测量 首先让我们讨论一下水泥厂一些现场仪表设计情况,如煤磨电收尘器,收尘器各底部有煤沉积,如图二(a)所示。给窑头、分解炉供 煤粉的大型煤粉仓,如图二(b)所示。这类设备,为防止煤粉自燃、防爆,确保设备安全,必需设置多个温度监控。现场有温度显示 ,巡回人员可以了解设备内部情况;中央控制室显示和高温报警,作为重要参数管理。

                        

煤磨收尘器、大型煤粉仓最通常的三种现场仪表的设计方案,如图三所示。



方案一:如图三(a)所示,每个热电阻传感器配置一个二线制温度变送器,分别用二芯屏蔽电缆引至计算机标准模拟接口,在中央控 制室监控。
方案二:如图三(b)所示,每个热电阻传感器分别用三芯屏蔽电缆引至计算机热电阻接口,在中央控制室监控。
方案三:如图三(c)所示,四个热电阻传感器连接到现场XTRM仪表,再用一根二芯屏蔽电缆引至计算机标准模拟接口,在中央控制 室监控。

1、前面二个方案的共同特点是各个测温点自成一个独立的回路,在中央控制室屏幕上都有显示,从而带来所用电缆多、接口多,而且 在现场没有温度显示,不能给岗位工一个提示。

2、方案一现场变送器最多,增加了安装和日常维护。

3、方案二省掉了变送器,但由于煤磨电收尘器和煤灰仓往往离车间控制站很远,热电阻的信号变化很微弱,远距离的信息传递不见得 很合理。而更主要的是所应用的计算机接口电路,不是一般压力变送器、温度变送器电流变送通用的4~20mA Dc标准模拟接口电路, 是专用的热电阻接口电路,价格昂贵、通用性差,用了它,使得计算机系统的硬件及软件变得复杂,给系统安装、调试及维护带来更多 的工作。

4、比较三个方案,方案三最简单。用一个XTRM-4215AG仪表,四个热电阻传感器的温度不仅都可以在现场显示,而且传递到在中央 控制室监控的仅是四个信号中的最高温度点,这是XTRM仪表独特之处。因为操作员并不需要知道煤磨电收尘器或煤灰仓内温度分布情 况,而必须要知道该设备内的最高温度是多少?是否超越临界温度?如煤粉仓,不管哪一点温度大于70℃,都要高温报警,温度大于 80℃时,不但报警还要联锁,保证安全,报警后派人到现场处理,也可查询各点的温度,判断事故情况。所以,同一设备,在中央控制 室设置一个高温报警信号就可以了。很明显,该方案是最省仪表、省电缆、省计算机接口的设计。这样的设计方案,在国内外大、中型 水泥厂的设计已广泛采用。

综合上述比较,可以得出这样的结论:如果同一设备需要设置多点温度监控(如2~4点),且采用相同的测温元件(如铂电阻),相同 的测量范围(如0~150℃),则采用XTRM仪表的设计是最合理的方案,是最省投资的方案。

(二)XTRM仪表用于测量各种轴承温度
1、一个水泥厂往往有许多大型的电机,如原料磨2440KW电机、水泥磨2800KW电机等,还有许多大型风机,如原料磨循环风机、窑 尾排风机、窑篦冷却风机等。工人最关心其轴承温度,希望在机旁有显示,中央控制室能监控。象这类设备一般选用XTRM-2型仪表。

2、大型磨机的轴承温度测量。如原料磨、水泥磨、煤磨等,磨机的进料口、出料口的轴承一般各配置有二个热电阻传感器测温,一般 选用XTRM-2型仪表。

3、辊压机轴承温度测量。如水泥粉磨辊压机,每小时通过145吨物料,轴承配置有4个铂电阻传感器,应选用XTRM-4型仪表,当轴承 温度T>47℃时在中央控制室报警,当T>50℃时报警并联锁,确保设备安全。

4、回转窑托轮轴承温度测量。Φ3.75×57M回转窑,有三组托轮,每组托轮配置有4个铂电阻传感器,应选用XTRM-4型仪表监控。

(三)XTRM仪表用于测量高压电机的绕组温度。
水泥厂有许多大型高压绕线型电动机,如上面所说的磨机、风机,在电机制造时已配置有定子测温元件(每相二个),电机运行时必须 监控,当绕组温度大于120℃时报警。XTRM仪表还有应用于烟道闸门、齿轮箱等许多温度的测量,这里不一一列举。

四、XTRM仪表的主要特点
1、XTRM仪表具有多路输入一路高选输出的特点,它能同时对多个测温点进行测量,并自动将多个被测点中温度最高的一个点的量值 显示并以4~20mA的标准电流信号输出。同时它具备选择按键,用户在需要时可通过回路按键查看对应测温点的温度。

2、XTRM仪表的关键元器件从国外进口,整机设计合理,具有较高的稳定性和可靠性;(经上海联合水泥厂技改工程十多年的长期使 用,至今没有损坏)仪表密封性能好,适合高温多粉的水泥厂环境中使用。

3、工作电压范围宽。由于XTRM仪表内部专门设置了一个电源部件,在外电源13~36伏范围波动中能自我调整,以保证仪表在工况恶 劣供电条件下能正常工作。

4、具有良好的抗射频干扰性能。在XTRM仪表设计中采用了多项抗射频干扰技术,经上海仪器仪表自控系统检验测试所依据GB18268- 2000《测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求》试验,在10V/m(80MHz~1000 MHz)的场强下它的变化范围小于0.3%。 因而它能有效抑制来自现场的诸如对讲机之类的射频干扰。

五、结束语
XTRM仪表是一种新颖的仪表,节能的仪表,值得推广的仪表。虽在水泥厂生产中得到广泛的应用,但在冶金、化工、电力等 工业领域中知者甚少,故撰本文以示技术交流,求在应用中推广和完善。

 
 
 
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