选择设备的开始就是对流程和受控对象的仔细分析。每一个测量点都必须有一个用途。在较大的控制计划中,如果这个用途是模糊的,就很容易导致错误的设备选型。太精确的设备浪费资金控制工程网版权所有,而太简单的设备又不能提供足够准确的信息,有时甚至是错误的信息。仔细研究流程图的每一个点,然后分别问如下问题:
■ 测量变量和相应的单位是什么?(压力、温度等等)。
■ 当此流程正常工作时,它的工作区间是什么?如果这个流程是全新的或者是尚处设计阶段,这个问题就比它听起来要难回答得多。
■ 当系统处于故障状态时,它的非正常工作区间是什么?为了保护系统中的设备不被损坏,这些设备的工作区间需要被扩展到什么范围?为了防止工作流程出现的异常峰值损坏设备控制工程网版权所有,就需要提供高等级的保护措施,而这样却降低了精度等级。
■ 测量值的精度要求有多高?因为这一点对于设备的成本有
■ 单位除了是一种表示方法,是否还有其他功能?
AmeriChem System公司的系统集成工程师Greg Ferro说:“你的流程很少会运行于极端条件下。它们通常只有很窄的工作区间,你只要选择可以满足这个区间的设备就可以了。当然,有时候工程师们不能预测实际的工作情况,而且这种不可预测性比大家认为的要高。如果客户要求设计一个可以每分钟可以处理80加仑的系统,而你却发现系统实际上只需要每分钟处理8加仑,这时你就有麻烦了。”选择合适的工作区间和精度一样重要,实际上,这两者是直接相关的。精度通常表示成满量程的百分比或者测量比。工作于极端状态下的代价是牺牲了精度CONTROL ENGINEERING China版权所有,所以明确制造商对最优工作区间的定义是很重要的。容量工具条就显示了最优工作区间。
PID工具条图示了一个简单的流程图和它所支持的设备。我们可以把标题进一步细化,考虑每个设备的安装和用途。一旦每个设备的用途和功能参数被确定了,下一步要做的就是选择一个具体的制造商和产品型号。
如何表述精度
当一台设备参与测量时,它提供的是一个近似值,因为设备不可能绝对精确。在测得值和理想值之间总存在着某种因素引起的差异。在实际应用中,工程师的目的是减小这种差异,使之在过程上下文中可以被忽略。测得值和理想值之间的差异程度就是精度等级。在容差上下限之间的区域就是误差区间。
根据仪器、系统与自动化学会(ISA),有5种方法来表述精度等级:
1. 用被测变量本身来表示。如100psi±2psi。
2. 测量区间或量程的百分比。0-500psi压力即±1%的量程,在整个测量范围内的任何一个点都具有±5psi的误差区间。
3. 测量区间上限值的百分比。(当测量区间下限为0,这个值和第二条的值时相同的。)
4. 测量跨度的百分比,使用于测量下限不为0的情况,例如:一种温度传感器:100-200℃的精度等级。
5. 实际测得值的百分比:0-100psi压力定额为实际测得值的1%。(意思就是在测得值为10时精度为±0.1,但是当测得值为100时精度就是±1。这说明越低的测得值具有越高的精度,但是这种情况较少发生。)
大多数设备使用方法1、2、3、4或几种方法的结合,并把精度与测量区间或测量上限联系起来。实际上对于所有种类的设备,测量区间都以某种形式与精度联系着。
过程仪表举例
这个简单的化学品混合流程图解释了设备选型的基本原则。在此CONTROL ENGINEERING China版权所有,水被加入到化学试剂中,得到稀释的最终产品。过程条件的改变要求混合比在很窄的区域内变化。所有的流量和压力变送器把测得值转换后传送给PLC,大多数的仪器都会即时显示测得值。
试剂流经一个泵、一个止回阀,到一个电动-气动控制阀。液体经过电磁流量计,为了保证流体畅通和测量的高精度,液体还需再流经混合点前的压力变送器。
水先流过一个过滤器,一个差分压力传感器跨接在过滤器两端,用于监控过滤器的状态。如果差分读数超过设定值,报警限就会被触发,说明此时过滤器处的残留物过多。在流过了止回阀和泵之后,一个控制阀会调节流量,以保持试剂的比例。在控制阀后面有一个压力变送器和涡旋流量计,用来测量吞吐量。对于这个不是很关键的测量点,简单且便宜的斡旋传感器足够了。
在两种成分混合之后CONTROL ENGINEERING China版权所有,一个压力变送器会监控静态搅拌器之前的混合溶液。在混合液流到存储罐之前,使用一个孔盘和差分压力变送器来测量最终体积。两条供料管道被检验,来确保最终体积的正确性。所有这些因素都由PLC联系起来,然后再调节控制阀,保证体积和