定量装车系统频率信号故障分析与解决方案

吴晓锋 曹明慧

(陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司)

定量装车系统频率信号故障分析与解决方案

吴晓锋 曹明慧

(陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司)

将定量装车系统原质量流量计更换为本安型质量流量计后，灌装控制器无法正常显示流量。基于此，通过对检测回路进行分析，找出其故障原因，并进行了改造。改造后，3个鹤嘴都能正常进行成品油灌装，系统工作正常、计量准确，成品油灌装误差控制在2‰以内。

定量装车系统 质量流量计 灌装控制器 故障分析 解决措施

定量装车系统是炼油厂、化工厂和一些中小油库对外销售的贸易交接计量器具[1]，因此对定量装车系统的装车速度、精度和安全性有严格要求，特别是其精度直接影响贸易双方的利益，所以要求控制在2‰以内。为提高定量装车系统的精度，灌装控制器与质量流量计之间采用频率信号(抗干扰性强、误差小且响应速度快)进行传输。因此，质量流量计产生的频率信号与灌装控制器接收的频率信号的一致性至关重要。

陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司的成品油定量装车系统共7个鹤位，每个鹤位采用一个EL5092B灌装控制器来采集和控制现场的可燃气体报警、接地报警及流量计等控制信号，同时在控制器上完成发油任务，并通过RS-485总线与控制室PC机进行数据传输[2]。控制室的PC机预装的是PCS-06自动计量管理系统，通过RS-485总线与7个鹤位EL5092B灌装控制器相连，构成一个分布式控制系统[3]。同时通过公司的局域网与管理部门相连，上传每天的装车记录。

1 质量流量计

定量装车系统原质量流量计采用的是CT9401-K7MX11型奥巴尔质量流量计[4]，是防爆型质量流量计，在年检时发现3台奥巴尔质量流量计精度超过标准1‰，必须进行更换。其他4个鹤位采用的是高准科里奥利带 MVD 技术的单变量流量变送器1700I12ABFMZZZ，年检时精度均在2‰以内。因此，公司决定把3台奥巴尔质量流量计更换成高准科里奥利带 MVD 技术的单变量流量变送器。同时考虑到定量装车系统是危险场所，需将防爆型仪表改为本安型仪表[5,6]，即更换为高准科里奥利带 MVD 技术的单变量流量变送器1700I12DBFMZZZ。该仪表是本安模拟输出，一路毫安、一路频率，EL5092B灌装控制器采集质量流量计的频率信号，控制器上安装有本安仪表和非本安仪表的跑线，当跳线到本安仪表时，控制器输出的是12V(DC)电压。然而系统更换本安质量流量计1700I12DBFMZZZ后，灌装控制器一直没有流量显示。

将此问题与灌装控制器厂家和质量流量计厂家进行沟通，但出于技术保密的原则，厂家无法提供仪表的原理图和仪表阻抗。为此，提出在质量流量计和控制器连接回路上增加一个频率安全栅的方案，由安全栅为质量流量计和控制器提供24V(DC)工作电源，以保证仪表的正常工作。由于每个鹤嘴的灌装控制器采用RS-485总线进线信号采集和传输，所以现场电缆采用“手拉手”的方式进行敷设，如图1所示。

图1 7台鹤嘴的布线

由于该方案没有控制室到每一个鹤嘴的电缆，因此需要在控制室内增加24V(DC)电源箱和7台频率安全栅，并重新为每一个鹤嘴敷设4×1.5mm2的电缆，工程量极大，而且以前采用的是地埋式敷设电缆，因此施工极不方便。

2 故障分析与解决方案

针对上述故障现象，首先对1700I12DBFMZZZ质量流量计进行检测，观察1700I12DBFMZZZ在12V(DC)电压下能否正常工作。采用万用表的频率档测量质量流量计频率输出是否正常，通过质量流量计的面板按钮，让质量流量计仿真输出1 000个脉冲，万用表检测的结果是998个，表明质量流量计在12V(DC)电压下能够正常工作。据此判断，故障的仪表应该是EL5092灌装控制器。灌装控制器在无源的情况下工作正常，说明其脉冲检测回路没有问题，而控制器上的本安跳线相对于非本安跳线，就是为整个检测回路提供一个12V(DC)电源。因此，控制器不能正常工作的原因就是在本安模式下质量流量计频率采样电压一直处于门槛电压的上方或下方[7,8]，如图2所示。

图2 质量流量计输出方波与灌装控制器门槛电压对比

1700I12DBFMZZZ质量流量计在12V(DC)电压下，其输出脉冲电压无法达到控制频率采样电压的要求。然而现场没有能对脉冲电压进行测量的仪器，无法确定1700I12DBFMZZZ质量流量计输出的脉冲电压，就无法从理论方面对电路进行改造，进而消除故障。

由于1700I12DBFMZZZ质量流量计输出的脉冲电压无法达到控制器的频率采样电压要求，所以要改变控制器采样电压只能是在回路中串联或并联一个电阻，使1700I12DBFMZZZ质量流量计一直仿真输出，观察控制器上是否有流量显示[9,10]，具体如图3所示。

图3 检测回路两种电阻接入方法

3 故障解决过程

首先，将一个电阻箱串入质量流量计和灌装控制器的检测回路(图3b)中，通过设置使质量流量计一直仿直输出1 000个脉冲，然后改变电阻箱的阻值，观察灌装控制器上是否有流量显示。由于在12V(DC)电压下，质量流量计工作正常，所以电阻箱的阻值在初始时设置为250Ω，然后不断增加。当阻值增加到3kΩ时，串联电阻试验方法已经无法实现。

在并联电阻方法(图3a)中，首先把电阻箱并入1700I12DBFMZZZ质量流量计的频率输出端，同样从250Ω开始逐渐增加，当增加到500Ω时，灌装控制器开始有示值(单位kg)，此时，示值与1 000个脉冲之间有误差，说明采样过程中存在丢数的现象，控制器的采样电压在门槛电压附近。继续增加电阻箱的阻值，到550Ω时，控制器的示值与1 000个脉冲相符，故障得到解决。

试验成功后，将一个550Ω电阻并联接入另一台没进行试验的质量流量计检测回路，发现回路的控制器无法正常显示流量。经过分析推断，每一台仪表在制作过程中是有一定误差的，所以必须对3个鹤嘴的控制器和质量流量计回路用电阻箱逐一进行试验并找出与之匹配的电阻值。对3个回路都用电阻值试验后，得到与3个电路相匹配的电阻阻值分别为550、650、700Ω。

4 结束语

基于上述分析，此次对检测回路的改造从原理上来说是正确的。为验证原理分析的正确性，又一次把电阻箱串入检测回路中，继续从3kΩ开始增加阻值，当阻值增加到6kΩ时灌装控制器上终于有了示值，再一次证明，笔者对检测回路不正常工作原因的分析是正确的。此次改造后，3个鹤嘴都能正常进行成品油灌装。自改造后，定量装车系统一直工作正常，计量准确，将成品油灌装误差有效地控制在2‰以内。

[1] 蒋庆渊.定量自动装车技术在液态类物料鹤管装车系统中的应用[J].当代化工,2007,36(1):53～55.

[2] 冯梅,孙良勤,郑民.基于RS485通讯的TD特型固化炉温度数据系统[J].化工自动化及仪表,2011,38(5):608～609.

[3] 熊伟丽,徐保国,李超璟.分布式控制系统中智能仪表串行通信的实现[J].化工自动化及仪表,2003,30(1):52～54.

[4] 许秀.科里奥利质量流量计原理及其应用[J].工业仪表与自动化装置,2005,(1):52～54.

[5] 顾钟钰.本质安全型与隔爆型防爆仪表应用研究[J].化工与医药工程,2015,36(3):37～41.

[6] 徐建平.本质安全型防爆仪表的设计[J].自动化仪表,1990,(1):22～27.

[7] 王建国,史宝库,孙丰祥.基于FBC0409的Profibus-PA接口设计[J].化工自动化及仪表,2012,39(2):219～223.

[8] 徐华.频率信号采集测试系统[J].中国水运月刊,2008,8(8):113～114.

[9] 刘涛.CAN总线接口电路设计中的关键问题[J].工矿自动化,2007,(1):100～101.

[10] 杨欣,王凯,张文正.一种差分信号转换电路[J].电气时代,2016,(2):82～85.

吴晓锋(1974-)，工程师，从事化工自动化仪表管理与技改工作，35086808@qq.com。

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