引言

電容式液位計(jì) / 開(kāi)關(guān)通過(guò)探頭的探桿將物理液位信號(hào)轉(zhuǎn)換為電容信號(hào)，進(jìn)而通過(guò)探頭的電子元件將電容信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而達(dá)到液位測(cè)量的目的。電容式液位計(jì) /開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的液位測(cè)量，比如水、燃油、潤(rùn)滑油的液位均可以通過(guò)電容式液位計(jì) / 開(kāi)關(guān)來(lái)測(cè)量。隨著大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，電容式液位計(jì) / 開(kāi)關(guān)（下文簡(jiǎn)稱(chēng)液位計(jì) / 開(kāi)關(guān)）向集成化和智能儀表方向發(fā)展。原型號(hào)液位計(jì)由原型號(hào)探頭和原型號(hào)變送器組成，由于原型號(hào)探頭無(wú)法直接輸出能夠送入 DCS 的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)而僅能夠輸出脈沖頻率調(diào)制（下文稱(chēng) PFM）信號(hào)，所以需要使用原型號(hào)變送器將 PFM 信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，再將標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)送入 DCS ；原型號(hào)變送器為四線(xiàn)制，其與 DCS 的電源接口

和信號(hào)接口是分開(kāi)的，電源接口為 24VDC 電源，信號(hào)接口為 4mA ～ 20mA 有源信號(hào)。新型號(hào)液位計(jì)采用新型號(hào)探頭，wuxu再使用電容式液位變送器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，新型號(hào)探頭為兩線(xiàn)制，即電源接口同時(shí)也是信號(hào)接口；DCS 通過(guò) 2 根導(dǎo)線(xiàn)向新型號(hào)探頭提供 24VDC 電源，同時(shí)也通過(guò)這 2 根導(dǎo)線(xiàn)采集新型號(hào)探頭輸出的 4mA ～ 20mA 信號(hào)，即新型號(hào)探頭與 DCS 的接口為 4mA ～ 20mA 無(wú)源信號(hào)。新、原型號(hào)液位開(kāi)關(guān)均由探頭和變送器組成，均由變送器將探頭輸出的 PFM 信號(hào)轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)信號(hào)，變送器均可輸出液位開(kāi)關(guān)信號(hào)和故障報(bào)警信號(hào)，與 DCS 的信號(hào)接口均為干接點(diǎn)，與 DCS 的電源接口均為 24VDC 電源。原型號(hào)液位開(kāi)關(guān)變送器為卡槽安裝，與 DCS 模塊安裝方式相同，可在 DCS 柜內(nèi)模塊機(jī)架上；而新型號(hào)液位開(kāi)關(guān)變送器為 DIN 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，無(wú)法安裝在DCS 柜內(nèi)，只能安裝在就地的接線(xiàn)箱，這導(dǎo)致 DCS 要向柜外變送器供電并采集信號(hào)。為滿(mǎn)足新型號(hào)液位計(jì) / 開(kāi)關(guān)的接口功能，并保證 DCS 柜內(nèi) AI/DI 模塊的其他通道不受液位計(jì) / 開(kāi)關(guān)所在通道故障的影響，本文給出了電容式液位計(jì) / 開(kāi)關(guān)升級(jí)換型及其與 DCS 接口改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了相關(guān)影響分析。

 

1 液位計(jì)升級(jí)換型及其與DCS接口改進(jìn)設(shè)計(jì)

原型號(hào)液位計(jì)由探頭和變送器組成，探頭安裝于待測(cè)液體的容器罐上，變送器安裝于 DCS 柜內(nèi)；探頭為兩線(xiàn)制，變送器通過(guò) 2 根導(dǎo)線(xiàn)向探頭供電，并接收探頭輸出的 PFM信號(hào)。變送器為四線(xiàn)制 [1]，變送器通過(guò) 2 根導(dǎo)線(xiàn)接受來(lái)自DCS 柜內(nèi)斷路器的 24VDC 電源，并通過(guò)另外 2 根導(dǎo)線(xiàn)輸出 4mA ～ 20mA 信號(hào)至 DCS 的 AI 模塊。原型號(hào)液位計(jì)與DCS 的接口如圖 1 所示。因?yàn)樵�型�?hào)變送器的輸入與其他回路電氣隔離，且安裝在 DCS 機(jī)柜內(nèi)，所以某一測(cè)量通道的 DCS 柜外電纜（探頭至變送器的電纜）上的短路 / 超電流故障不會(huì)影響 DCS 柜內(nèi) AI 模塊對(duì)其他通道的信號(hào)采集。新型號(hào)液位計(jì)僅為探頭，不再采用單好的變送器。探頭為兩線(xiàn)制，信號(hào)處理模塊通過(guò) 2 根導(dǎo)線(xiàn)向探頭供電，并接收探頭輸出的 4mA ～ 20mA 無(wú)源信號(hào) [2]。信號(hào)處理模塊 將 輸 入 端 的 4mA ～ 20mA 無(wú) 源 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 為 輸 出 端 的4mA ～ 20mA 有源信號(hào)。為了使某一測(cè)量通道的 DCS 柜外電纜（探頭至信號(hào)處理模塊的電纜）上的短路 / 超電流故障不會(huì)影響 DCS 柜內(nèi) AI 模塊對(duì)其他通道的信號(hào)采集，在信號(hào)處理模塊與 AI 模塊之間加入隔離模塊 [3]，隔離模塊的輸入與輸出電氣隔離，隔離模塊輸出 4mA ～ 20mA 有源信號(hào)至 AI 模塊。其中，信號(hào)處理模塊和隔離模塊需要從向原型號(hào)變送器供電的斷路器下游取電。新型號(hào)液位計(jì)與 DCS的接口如圖 2 所示。

2 液位開(kāi)關(guān)升級(jí)換型及其與DCS接口改進(jìn)設(shè)計(jì)

原型號(hào)液位開(kāi)關(guān)、新型號(hào)液位開(kāi)關(guān)及與 DCS 的接口示意圖分別如圖 3 和圖 4 所示。

◇ 新型號(hào)液位開(kāi)關(guān)與原型號(hào)液位開(kāi)關(guān)的相同點(diǎn)：

1）液位開(kāi)關(guān)由探頭和變送器組成，探頭安裝于待測(cè)液體的容器罐上。

2）探頭為兩線(xiàn)制，變送器通過(guò) 2 根導(dǎo)線(xiàn)向探頭供電，并接收探頭輸出的 PFM 信號(hào)。

3）變送器與 DCS 的電源接口和信號(hào)接口是分開(kāi)的，變送器通過(guò) 2 根導(dǎo)線(xiàn)接受來(lái)自 DCS 柜內(nèi)斷路器的 24VDC電源，并通過(guò)另外 4 根導(dǎo)線(xiàn)輸出 2 個(gè)干接點(diǎn)信號(hào)（分別為液位開(kāi)關(guān)信號(hào)和故障報(bào)警信號(hào)）。

 

◇ 新型號(hào)液位開(kāi)關(guān)與原型號(hào)液位開(kāi)關(guān)的不同點(diǎn)：

a）安裝方式和安裝位置的不同，原型號(hào)液位開(kāi)關(guān)變送器為卡槽式安裝，與 DCS 模塊安裝方式相同，可在 DCS 柜內(nèi)模塊機(jī)架上；新型號(hào)液位開(kāi)關(guān)變送器為 DIN 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌式安裝，受限于其安裝方式和 DCS 柜內(nèi)空間問(wèn)題無(wú)法安裝在DCS 柜內(nèi)，只能安裝在就地的接線(xiàn)箱。

 

b）由于上述安裝位置的不同，原型號(hào)液位開(kāi)關(guān)變送器通過(guò) DCS 柜內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)與 DCS 設(shè)備相連，而新型號(hào)液位開(kāi)關(guān)變送器通過(guò) DCS 柜外電纜與 DCS 設(shè)備相連。因?yàn)樵�型�?hào)液位開(kāi)關(guān)變送器的輸入與其他回路電氣隔離，且安裝在 DCS 機(jī)柜內(nèi)，所以某一測(cè)量通道的 DCS 柜外電纜（探頭至變送器的電纜）上的短路 / 超電壓故障不會(huì)影響 DCS 柜內(nèi) DI 模塊對(duì)其他通道的信號(hào)采集。

 

在液位開(kāi)關(guān)升級(jí)換型后，為了使某一測(cè)量通道的 DCS柜外電纜（變送器至 DCS 柜內(nèi)模塊 / 斷路器的電纜）上的接地 / 超電壓故障不會(huì)影響 DCS 柜內(nèi) DI 模塊對(duì)其他通道的信號(hào)采集，在變送器與 DI 模塊之間以及變送器與斷路器之間加入超電壓保護(hù)模塊；超電壓保護(hù)模塊內(nèi)包含保險(xiǎn)絲、限流電阻、熱偶二極管等，在柜外電纜發(fā)生接地 / 超電壓故障時(shí)可熔斷保險(xiǎn)絲 / 導(dǎo)通二極管以保護(hù)柜內(nèi)設(shè)備。新型號(hào)液位開(kāi)關(guān)變送器從向原型號(hào)液位開(kāi)關(guān)變送器供電的斷路器下游取電。

 

3 影響分析

3.1 設(shè)備基本信息

本文以 6 個(gè)液位計(jì)和 2 個(gè)液位開(kāi)關(guān)升級(jí)換型為例進(jìn)行說(shuō)明，設(shè)備基本信息示例見(jiàn)表 1，以下影響分析過(guò)程均在此假設(shè)和示例的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

 

3.2 DCS柜內(nèi)模塊布置空間影響分析

考慮液位計(jì) / 開(kāi)關(guān)升級(jí)換型前后在 DCS 柜內(nèi)安裝的設(shè)備差異，即在液位計(jì) / 開(kāi)關(guān)升級(jí)換型前 DCS 柜內(nèi)安裝的模塊為法蘭液位變送器和單法蘭液位變送器，在液位計(jì) / 開(kāi)關(guān)升級(jí)換型后 DCS 柜內(nèi)安裝的模塊為信號(hào)處理模塊、隔離模塊和超電壓保護(hù)模塊，需要根據(jù)各模塊的數(shù)量和寬度來(lái)評(píng)估對(duì)布置空間的影響，根據(jù)表 1 的數(shù)據(jù)計(jì)算如下：

1）液位計(jì)升級(jí)換型改進(jìn)前 DCS 柜內(nèi)變送器模塊需占用的機(jī)架寬度：6×7+2×4=50 HP。

2） 液 位 計(jì) 升 級(jí) 換 型 改 進(jìn) 后 DCS 柜 內(nèi) 信 號(hào) 處 理 模塊、 隔 離 模 塊 和 超 電 壓 保 護(hù) 模 塊 需 占 用 的 機(jī) 架 寬 度：3×4+6×4+4=40 HP。

 

所以液位計(jì)升級(jí)換型改進(jìn)后 DCS 柜內(nèi)模塊需占用的空間將變小，DCS 柜內(nèi)現(xiàn)有空間滿(mǎn)足液位計(jì)升級(jí)換型改進(jìn)的需要，wuxu新增機(jī)架或者占用原機(jī)架中的備用卡槽空間。

 

3.3 設(shè)備供電分析

液位計(jì) / 開(kāi)關(guān)升級(jí)換型前后各設(shè)備的供電示意圖分別如圖 5 和圖 6 所示。圖 6 中的隔離模塊 1 ～ 6 分別用于液位計(jì) 1 ～ 6 的信號(hào)采集通道，信號(hào)處理模塊 1 ～ 3 共 6 個(gè)通道分別用于液位計(jì) 1 ～ 6 的信號(hào)采集通道。

 

3.3.1 DCS柜下游分?jǐn)嗦菲魅萘糠治?/div> 注明，三暢儀表文章均為原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)明本文地址