智能差壓變送器在測量燃煤鍋爐風速中應用

摘要:介紹了一種具有可尋址遠程傳感器高速公路(HARD通訊協議的智能差壓變送器,并對該變送器的軟硬件組成和在風速測量中的應用作簡要介紹。該裝置通用性強，，可靠性高,也可用在工業測控系統進行各種參數的檢測與變送。
1概述
　　燃煤鍋爐的一次風速及二次風速大小，對燃燒效果和結焦有很大影響尤其對燃用無煙煤和低發熱量煤種,其影響更為顯著。國內較多電站鍋爐出現了飛灰可燃物高,爐內局部結渣,燃燒器燒壞等不正常現象,除了現燃燒器結構,煤種有關,還與風速過低或過高有關。因此調整好每個燃燒器的風速，對煤粉著火,燃燼有利,并能消除爐內流速場,燃燒物質濃度場和溫度場異常,緩解和避免爐內結渣,管屏局部過熱等不安全現象。燃燒器保持適當的一,兩次風速是建立良好的爐內動力工況的基本條件。一次風速決定于煤粉的著火條件，兩次風速的大小直接影響爐內氣流混合擾動情況，因而燃燒器出口風速的大小直接影響整個鍋爐的穩定性和經濟性。
　　目前各電廠鍋爐運行對一，二次的風速的監測都采用傳統的靜壓表，這是種方式既不合理,又不科學。因為靜壓無法正確反映一,二次風管內的流動速度和狀況。由于沒有正確的監測手段和表計，運行人員無法對鍋爐進行有效的燃燒調整,鍋爐都處于配風不均勻的狀況下動運行，嚴重時會引起著火延遲,燃燒不穩,從而導致熄火放炮。為了使運行人員能在線監測一。二風噴口的風速,并作均勻調整，從而提高鍋爐熱效率,避免堵管事故的發生。設計了智能差壓變送器測量風速的大小,測量示意如下圖1。
 
2風速的測量
　　根據伯努里定律,可以通過測量流體流動過程中產生的差壓來測量流速。且流體的全壓和靜壓之差一動壓△P與流速V之間的關系為V=△P/ρ.
由伯努里方程,經過單位換算,風速的測量采用下列公式:
V=K"4.43△P/ρ
ρ=1.293*(273/273+T)
其中
ρ:密度
V:風速
T:熱風溫度
K:測速管標定系數
　　測速管標定系數K的獲得,是在配定二次表后,根據現場運行的實際情況，在做爐膛空氣動力場試驗時確定的匹配參數。
△P:一次風差壓(測速元件一般采用靠背管,也可用笛形管及文丘利管)
Th:風粉混合溫度
T:熱風溫度
Th:煤粉溫度
3硬件組成
　　如圖2所示，智能差壓變送器由傳感器,A/D轉換電路,CPU,EEPROM,D/A轉換電路以及MODEM組成0。
　　傳感器采用MOTOROLAMPX2010系列的壓力傳感器，以擴散硅為半導體的傳感器，因而靈敏度高,體積小。A/D轉換電路是AD公司的AD7714,是具有24位分辯力的精度高,寬動態范圍的E.△轉換器。它還具有片內自校準功能,一個增益可編程的放大器(PGA)，一個可編程數字濾波器,一個時鐘振蕩器,一個串行接口以及一個包含指令寄存器，命令寄存器和校準寄存器的片內微控制器,3通道差動輸入，可同時接受3路現場信號，這里分別接受熱風溫度T,差壓信號OP,現場環境溫度采集n.現場環境溫度的采集是通過半導體集成溫度傳感器AD590來實現的.EEPROM是帶復位，看門狗的串行EEPROMX25045,存放各種工作參數。D/A.采用了串行的精度高16位轉換器件,MODEM是能實現HART協議通信規程的芯片HT2012。
　　該系統的工作過程是將采集到的現場差壓信號△P,現場環境溫度T1,熱風溫度T信號送入A/D轉換電路,經A/D轉換后變為數字信號，送入到CPU進行處理,經T1對傳感器溫度補償后,算出風速大小，經D/A轉換電路變為相對應的4-20MA輸出。同時CPU輸出數字信號給能實現HART協議通信規程的芯片HT2012.經HT2012調制在4-20MA電流上疊加一個1200H和2200H頻率的正弦信號,分別代表1和0。其中1200H五信號表示1,2200Hz信號表示0由于正弦信號的直流平均值為零,所以沒有直流加到4-20MAC]由此,在二線制上可以同時.傳送互不影響的模擬和數字信號。整個系統的芯片都采用了三線制方式,因而集成度高,性能穩定,且功耗低。
 
　　本系統的最大的特點是采用了實現HART協議的芯片HT2012,因而可以通過手操器把數據參量寫到變送器EEPROM中去,數據參量主要有量程,工程單位變換,阻尼，線性常數,范圍常數等。手操器可以接在智能差壓變送器輸出線上的任何位置。用手操器在線測試回路與自診斷信息時,因手操器采用HART協議,所以模擬和數字信號在同一傳輸線上各行其道,互不干擾。本系統還能與計算機進行通訊。當計算機只有一臺智能差壓變送器時,即點一點方式，此時可繼續使用4-20MA信號進行模擬傳輸,而測量，調整和測試數據用數字方式傳輸，模擬信號不受影響，仍可按正常方式用于控制目的。當從機為多臺智能差壓變送器時，即多站方式,此時4-20MA信號作廢,每一臺變送器的工作電流均為4MA。由于每一臺智能差壓變送器都有唯一編號，所以計算機根據從機各自的編號分別對每一臺智能差壓變送器進行操作,將從機輸出信號的數字量傳送到計算機中，即此時所有的測量,調整和測試數均據用數字方式傳輸。
4軟件編程
　　如圖3是智能差壓變送器的主程序流程圖,其中用定時器中斷方式來實現看門狗技術在采樣和計算風速前，通過CPU用編程方式實現對A/D器件的傳輸方式,通道選擇,增益大小,濾波常數等設置,然后再完成數據的采集,計算和輸出。傳感器的溫度補償是采用了多段折線逼近法來實現的。
 
5結語
　　由于該裝置運用了三線串行總線方式,使線路大為簡化,性能高,體積小。采用HART協議的MODEM芯片HT2012,使系統成為現場智能變送器,能與計算機進行通訊,因而在電力,化工行業具有廣泛的用途。