[摘 要]在X钢供水调度“两遥”系统中，自动化仪表是整个系统中ZUI关键的部分，直接影响系统监测数据的准确性的可靠性。文章着重介绍了自动化仪表在供水系统各水种、管网上的应用及取得的一些经验，并简要介绍了自动化仪表与计算机终端的配接。
[关键词]自动化仪表;遥测遥信监测;应用分析
1、 问题的引入
X钢供排水系统覆盖了公司的各个厂区，点多、面广、系统庞大，多水种管网分布复杂。为了加强供排水调度的管理，合理使用能源，充分发挥现有供水设备的能力，我厂采用了集自动化检测技术、计算机技术和无线通讯技术为一体的供水调度自动化遥测遥信监测系统(简称“两遥”系统。该系统共有各类终端25个，覆盖了我厂重要的取水泵站、提升泵站及大型的水处理站，为调度人员对整个供水系统的全面监测以及突发事故的及时发现与处理提供了先进的管理手段和方法。
该调度系统的组网基本形式是星形结构，通讯是半双工信道上，以询问——应答方式实现。系统主要对各泵站及管网的压力、水位、温度、流量、水泵电压、电流以及水泵的开、停状态进行监测。现共有模拟信号528个，脉冲信号51个，开关信号319个，仪表近千台。
2、 自动化仪表的应用
2.1 选型原则
要确保系统正常运行，为生产调度提供连续、准确的工艺参数，仪表的准确检测与正常工作是关键之所在，因些对所有仪表的选型均本着这两个原则：一是满足系统的总体设计要求仪表输入信号为双端浮地输入，因此，所有压力、水位、温度、流量等仪表都是采用NP系列仪表，该类仪表输出为直流信号4-20mA，不与机械零点重合便于区别停电、断线等故障;也可以躲开晶体管特性中的非线性区与死区，利用晶体管线性区工作;由于变送器采用二线制，可减少铺设的电缆;采用1-5V直流电压可并联传输，有公共地点便于与计算机联接。二是要求仪表实用、可靠，性能价格比高，便于维护的原则，在关键部位的参数则要适当选用高质量的仪表，以满足系统连续运行的要求。
2.2 主要仪表的特点及原理
(1) 压力仪表
该系统共有压力变送器190余台，其中少部分为原有的3351型电容式压力变送器，现在大部分仪表均采用厚膜压力变送器。该压力变送器测量头有M20×1.5外螺纹压力输入接口，可直接在管道上测量，无需很长的导压管。其传感元件和电子放大器、温度补偿回路都安装在表头不锈钢外壳中，能直接检测出被测压力而无任何可动机械部分。体积小，安装维护方便，不会发生堵塞现象。
(2) 水位仪表
该系统有水位测量点70个，全部采用投入式液位变送器，这种变送器测量端带不锈钢隔离膜片，压力腔充硅油(传递压力)，防水电缆与外壳密封连接，且防水电缆中带有能气管，外壳采用有锈钢焊接结构，外壳直径为25mm，体积小，安装、维护都很方便。现场安装时，由于汲水井水波动很大，为防止测量端在水中或缠绕，都是在汲水井边固定一根DN50的钢管，两侧打若干小孔，以便于上下提动和水能畅进入，如图1所示。另外，考虑到工业不和轧钢废水中杂质多，井底淤泥厚，实际安装时，一次测量端离井底有一段高度(图中h0)由计算机进行修正。
(3) 温度仪表
由于供水温度都小于50℃，回水温度也小于100℃，所以温度测量仪表均采用铜电阻，这种电阻耐腐蚀，在这个温度段测量准确，价格也较低。温度变送器用NPWD系列。
(4) 流量仪表
本系统中使用的流量仪表主要有3种：
① 差压流量计：由节流孔板和差压变送器，根据力矩平衡原理，将差压送至差压变送器，根据力矩平衡原理，将差压信号转变为机械位移，经低频位移检测放大器进行信号放大、滤波后输出4-20mA直流标准信号。这种仪表因其价格低、信号稳定，在我厂原水处理泵站广泛应用，但是由于工业水中杂质多，导压管易堵塞，每年都必须投入大量精力去疏通，日常维护量也较大，并且大多数现有的供水管道不可能完全停水安装孔板，使得这种流量计的推广应用受到限制。
② 电磁流量计：它是以法拉弟电磁感应定律作为测量原理。在一均匀磁场内，当导电液体沿垂直于磁场方向在管道内流过时，因切割磁力线产生感应电动势E，如图所示。
由法拉第电磁感应定律可知：
E = BDv (1)
由于流量是单位时间通过管道截面的流体量，即：
qv=1/4•πD2•v (2)
式中E感应电动势;B磁感应强度;D管道内径;v流体平均流速。
由(1)和(2)式得：
只要测出磁感应电动势E，即可通过换算测出流量大小。
这种流量计中无可动部件和插入流体内部的阻力件，没有附加的压力损失，工作寿命长，仪表维护量小，但价格较高。目前我厂新建的大H型钢、异钢坯及棒材水处理泵站广泛应用。
③ 超声波流量计：这种流量计是以两个换能器发出的超声波在顺水和逆水方向传播的时间差来测量流量，如图所示：
顺水时超声波传播时间 t+ =L/( C + v );
逆水时超声波传播时间 t- =L/( C - v )，其中C为液体中的声速，一般C≥1000m/s
这样得△t= t- - t+ =2Lv/(C2-v2)
因C 》v,则△t可近似地表示为2Lv/C2或
v = 1/4•πD2v = πD2C2△t/(8L)
两个换能器紧贴在管外壁，不与流体接触，对管路无任何影响，在我厂几个点使用后，效果较好，测量信号稳定，信号跟踪性好，很值得在现有旧管道上推广。以上这3种流量计测量准确度均为1.5级，满足系统测量要求。
3、 仪表与计算机终端的配接
各泵站及管网的工艺检测信号经变送器的采集、变换、放大、整形后输出直流信号4-20mA，1-5V，由电缆接入终端机的端子板上，供计算机数据采集终端采集。
这些终端机接入的信号应是不大于5V的直流电压信号或峰值不大于5V的脉冲信号。但是在工业现场中，由于变送器分装在各处，有些距终端100m以上，生产现场的一些强电设备会在信号线上迭加各种干扰，这些干扰会影响测量结果的准确性。因些在终端信号输入时采取以下措施：一是变送器与配电器相连，由配电器输出信号接入终端，这样通过配电器内的DC-AC-AC转换单元为现场的二线制变送器提供了一个隔离电源，同时又将变关器输出的标准信号转换为电源隔离的标准输出信号，实现变送器、二次仪表及电源之间的双向隔离，并且可是提高信号的带负载能力，满足终端要求。二是在计算机输入端设计有RC滤波电路，有效清除各类干扰。
采集到的信号经多路转换采样器及A/D转换的变换，通过I/O接口读入，处理成计算机能识别的二进制数字量，经运算，在终端上显示，并接受中心调度机的遥测，经无线通讯将信号发回中心调度室，这一过程如图4所示。
数据采集终端处理后的数据送回调度室后，即进入中心调度计算机。由中心调度机将遥测到的信号还原为原来定义的实际参数，计算公式为：Y = AX + B，A为转换系数，B为修正值，X为实测值，Y为还原参数值(在中心调度计算机上显示)。
4、 运行效果
“两遥”系统中的近千台仪表在整个系统的运行中发挥了重要作用，它提高了我厂的计控水平，并为我厂的进一步技术改善和逐步完善调度系统打下了良好的基础。主要表现在以下几个方面：
(1) 实时了解供水管网压力，防止因管网压力过高而引起的爆管事故，同时又减少了管网压力过低而造成对用户所带来的不利影响。通过合理调配水资源，使生产运行方式进一步优化，节约能源，据统计该系统年可节电约219万KWh。
(2) 连续监测各供水设备的运行状况，保证设备安全可靠地工作。
(3) 由于各汲水井安装有水位仪表，可实现水位自动控制、报警，实现补水自动化。杜绝了以往边补水边溢流的状况，从而节约的水资源，同时也避免了对环境的污染。
(4) 提高调度人员应付突发事故的能力。由于各工艺关键点均安装有各类检测仪表，一旦发生事故，调度人员能及时判断事故原因，以便立即组织抢修，避免事故扩大化。
