无线仪表在真空旋转干燥器中的应用

黄宏亮

(湖南化工医药设计院，长沙410021)

1 概 述

保险粉生产中的真空旋转干燥器要求物料在干燥阶段时必须保持负压状态，任何因素引起的物料急剧膨胀，都会使干燥器内形成正压而有爆炸的可能。由于干燥器运行时始终处于旋转状态，很难采取一种有效的测量手段来保证压力信号准确、及时地显示和传送。在某保险粉项目的设计中，笔者遇到了一个需要在旋转干燥器上测量压力的问题，其内工艺物料为氮气、甲醇、保险粉，工作压力为-0.085～0.600MPa，工作温度小于100℃，回转速度为7～8rad/min。

2 测压方案比较

2.1 有线压力变送器滑环测压

依据预热带窑中滑环测温系统应用的经验，笔者用滑环来测量该旋转干燥器的压力，滑环测压系统如图1所示。

滑环测压属于直接测量，利用压力变送器测量该设备的压力。采用滑环测压时，变送器的信号线两端分别连接在2个滑环上，滑环固定在旋转的干燥器本体右轴上，每个滑环分别与1个合金碳刷连接，合金碳刷固定在安装支架上，通过导线连接到控制室。该种方式的缺点主要有：

1) 滑环变形和干燥器的振动会倾斜传感器，碳刷会高频率地跳跃，导致信号传导不连续，造成信号丢失。

2) 预热带窑中滑环测温传输的是毫伏电压信号，而目前测压力传输信号为4～20mA(DC)，需要转换。

3) 由于滑环的机械结构，导致维护量较大，且费用高。

4) 滑环所在的环境恶劣，会造成滑环锈蚀，同时粉尘会在碳刷和滑环之间造成绝缘阻隔，导致信号失真。

5) 保险粉装置是防爆场所，用这种方法不能做到隔爆。

由于滑环测压不能满足测压要求，因此该方案行不通。

图1 旋转干燥器的有线压力变送器滑环测压方案

2.2 无线压力变送器测压

为了能够及时准确地测量干燥器的压力，提高产品的质量稳定性和降低能耗，下述方案可以使用无线压力变送器进行直接测量，将采集到的信号无线传输到就近的无线智能网关，无线智能网关由串行总线连接，以Modbus协议与DCS通信。该方案的系统构成如图2所示。

图2 旋转干燥器的无线压力变送器测压方案

智能无线压力变送器测压方式的优势：

1) 采用与有线压力变送器相同的检测元件，保证工艺数据来源可靠。

2) 无线网关主动搜索并自动调整无线网络以适应无线设备的增加或减少，同时网关可管理并选择数据传输的路径，采用时间同步技术，以此保证数据传输实时可靠。

3) 上位机组态方便，无专用软件，IE浏览器组态界面友好，人机交互性强，支持多种通信协议。

4) 无线网络安装方便，从安装无线仪表到读取数据只用3h。

5) 无须敷设电缆和桥架，节省安装成本。

6) 无线设备具有自诊断功能，可以同时检测电池电量和环境温度。

笔者将有线压力变送器滑环测压、无线压力变送器测压两种方案进行对比，选择利用无线仪表对该项目的保险粉真空干燥器进行压力测量。

3 无线仪表的选型及连接

该保险粉项目共有8个旋转干燥器，每个干燥器上设置1个压力测点。根据工艺参数要求，无线压力变送器参数选择： 压力范围-0.085～0.600MPa，既有真空又有表压；根据实际工况，为了防止物料阻塞，选择爱默生公司的DN80单法兰压力变送器，测量范围为-0.1～0.9MPa；精度等级±0.065%；测量元件材质为316L；防爆等级ExiaIICT4；防护等级IP67；输出信号无线传输(带HART)；供电方式8Ah/3.6V锂电池(一节)；选择1台无线智能网关。

3.1 无线仪表自身系统的连接

智能无线网络由8台无线压力变送器和1台无线智能网关构成。无线压力变送器通过单法兰安装在旋转的真空干燥器上，无线智能网关安装在离这8台变送器最近的柱子上，整个无线网络系统如图3所示。

图3 智能无线压力变送器测压系统

3.2 无线仪表与控制系统的连接

无线网关是无线设备和控制系统之间的接口，从网关到主机的连接可以用多种方式接入，主要有Modbus RS-485， Modbus TCP/IP或OPC。该项目的无线网关采用串行Modbus接入到控制系统中。无线网络的配置相对比较简单，分现场压力变送器的配置和网关的配置两个环节。

现场设备的配置主要是JoinKey， NetworkID及数据刷新速率等的配置，JoinKey和NetworkID分别为和无线设备通信的握手密码和网络标识，可以使用无线网关的默认值，数据刷新速率根据实际需要确定。这些参数的设定可以通过支持无线版本的HART375手操器进行，也可以在随机配备的无线配置软件中进行设置。

网关的配置需要从笔记本电脑登录网关进行，需要注意的是直接连接笔记本电脑和网关需使用随机配备的交叉网线，连接到无线网关的以太网1(主网)插口，前提是先给无线网关通24V(DC)的电源。网关的登录地址为其IP地址，默认为http：//192.168.1.10。输入用户名admin和密码default，登录后可以根据需要修改IP地址。一般来说，无须更改IP地址，但对于将网关集成到现有以太网网络中的，网关IP地址需要改到相应网段内的空余IP地址。

4 安装注意事项

4.1 无线网关

1) 上电次序，在任何无线现场设备中安装电源模块之前，应安装好智能无线网关，并且网关应能正常工作。还应从距离网关安装位置最近的无线现场设备开始对无线设备上电，保证网络安装更简单、快捷。

2) 无线网关的天线应竖直布置，安装位置应尽可能地有开阔的视野，便于建立无线连接，距离建筑的大型结构约1m。

3) 为了实现最佳的无线覆盖范围，网关最好安装在距地面5～8m的高度，或者安装在障碍物或主要基础结构上方2m的高度。

4) 防爆区域必须将网关置于防爆箱内，但是天线必须伸到防爆箱外。

5) 无线网关的电源需要把至少250mA电流容量的24V(DC)(标称值)电源连接到电源端子。

6) 当需要加装远程天线时，找到远程天线的无线性能最佳的位置，远程天线安装在室外，并安装好接闪器。

4.2 无线现场设备

1) 在安装电池之前确保无线网关已经安装完毕并可正常使用，无线设备在无线网关的有效通信范围内，并且将二者尽量靠近。

2) 全向天线保持竖直方向时的通信效果最好，定向天线需要调整到最佳的通信方向。

5 结束语

无线仪表相对于滑环测量方式，安装简单、调试方便、数据传输稳定、参数准确，有效解决了滑环连线易损坏的问题，大幅降低了维护的工作量，为企业提高产品质量、降低能耗提供了有效的技术支持。

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