無線儀表在真空旋轉干燥器中的應用

黃宏亮

(湖南化工醫藥設計院，長沙410021)

1 概 述

保險粉生產中的真空旋轉干燥器要求物料在干燥階段時必須保持負壓狀態，任何因素引起的物料急劇膨脹，都會使干燥器內形成正壓而有爆炸的可能。由于干燥器運行時始終處于旋轉狀態，很難采取一種有效的測量手段來保證壓力信號準確、及時地顯示和傳送。在某保險粉項目的設計中，筆者遇到了一個需要在旋轉干燥器上測量壓力的問題，其內工藝物料為氮氣、甲醇、保險粉，工作壓力為-0.085～0.600MPa，工作溫度小于100℃，回轉速度為7～8rad/min。

2 測壓方案比較

2.1 有線壓力變送器滑環測壓

依據預熱帶窯中滑環測溫系統應用的經驗，筆者用滑環來測量該旋轉干燥器的壓力，滑環測壓系統如圖1所示。

滑環測壓屬于直接測量，利用壓力變送器測量該設備的壓力。采用滑環測壓時，變送器的信號線兩端分別連接在2個滑環上，滑環固定在旋轉的干燥器本體右軸上，每個滑環分別與1個合金碳刷連接，合金碳刷固定在安裝支架上，通過導線連接到控制室。該種方式的缺點主要有：

1) 滑環變形和干燥器的振動會傾斜傳感器，碳刷會高頻率地跳躍，導致信號傳導不連續，造成信號丟失。

2) 預熱帶窯中滑環測溫傳輸的是毫伏電壓信號，而目前測壓力傳輸信號為4～20mA(DC)，需要轉換。

3) 由于滑環的機械結構，導致維護量較大，且費用高。

4) 滑環所在的環境惡劣，會造成滑環銹蝕，同時粉塵會在碳刷和滑環之間造成絕緣阻隔，導致信號失真。

5) 保險粉裝置是防爆場所，用這種方法不能做到隔爆。

由于滑環測壓不能滿足測壓要求，因此該方案行不通。

圖1 旋轉干燥器的有線壓力變送器滑環測壓方案

2.2 無線壓力變送器測壓

為了能夠及時準確地測量干燥器的壓力，提高產品的質量穩定性和降低能耗，下述方案可以使用無線壓力變送器進行直接測量，將采集到的信號無線傳輸到就近的無線智能網關，無線智能網關由串行總線連接，以Modbus協議與DCS通信。該方案的系統構成如圖2所示。

圖2 旋轉干燥器的無線壓力變送器測壓方案

智能無線壓力變送器測壓方式的優勢：

1) 采用與有線壓力變送器相同的檢測元件，保證工藝數據來源可靠。

2) 無線網關主動搜索并自動調整無線網絡以適應無線設備的增加或減少，同時網關可管理并選擇數據傳輸的路徑，采用時間同步技術，以此保證數據傳輸實時可靠。

3) 上位機組態方便，無專用軟件，IE瀏覽器組態界面友好，人機交互性強，支持多種通信協議。

4) 無線網絡安裝方便，從安裝無線儀表到讀取數據只用3h。

5) 無須敷設電纜和橋架，節省安裝成本。

6) 無線設備具有自診斷功能，可以同時檢測電池電量和環境溫度。

筆者將有線壓力變送器滑環測壓、無線壓力變送器測壓兩種方案進行對比，選擇利用無線儀表對該項目的保險粉真空干燥器進行壓力測量。

3 無線儀表的選型及連接

該保險粉項目共有8個旋轉干燥器，每個干燥器上設置1個壓力測點。根據工藝參數要求，無線壓力變送器參數選擇： 壓力范圍-0.085～0.600MPa，既有真空又有表壓；根據實際工況，為了防止物料阻塞，選擇愛默生公司的DN80單法蘭壓力變送器，測量范圍為-0.1～0.9MPa；精度等級±0.065%；測量元件材質為316L；防爆等級ExiaIICT4；防護等級IP67；輸出信號無線傳輸(帶HART)；供電方式8Ah/3.6V鋰電池(一節)；選擇1臺無線智能網關。

3.1 無線儀表自身系統的連接

智能無線網絡由8臺無線壓力變送器和1臺無線智能網關構成。無線壓力變送器通過單法蘭安裝在旋轉的真空干燥器上，無線智能網關安裝在離這8臺變送器最近的柱子上，整個無線網絡系統如圖3所示。

圖3 智能無線壓力變送器測壓系統

3.2 無線儀表與控制系統的連接

無線網關是無線設備和控制系統之間的接口，從網關到主機的連接可以用多種方式接入，主要有Modbus RS-485， Modbus TCP/IP或OPC。該項目的無線網關采用串行Modbus接入到控制系統中。無線網絡的配置相對比較簡單，分現場壓力變送器的配置和網關的配置兩個環節。

現場設備的配置主要是JoinKey， NetworkID及數據刷新速率等的配置，JoinKey和NetworkID分別為和無線設備通信的握手密碼和網絡標識，可以使用無線網關的默認值，數據刷新速率根據實際需要確定。這些參數的設定可以通過支持無線版本的HART375手操器進行，也可以在隨機配備的無線配置軟件中進行設置。

網關的配置需要從筆記本電腦登錄網關進行，需要注意的是直接連接筆記本電腦和網關需使用隨機配備的交叉網線，連接到無線網關的以太網1(主網)插口，前提是先給無線網關通24V(DC)的電源。網關的登錄地址為其IP地址，默認為http：//192.168.1.10。輸入用戶名admin和密碼default，登錄后可以根據需要修改IP地址。一般來說，無須更改IP地址，但對于將網關集成到現有以太網網絡中的，網關IP地址需要改到相應網段內的空余IP地址。

4 安裝注意事項

4.1 無線網關

1) 上電次序，在任何無線現場設備中安裝電源模塊之前，應安裝好智能無線網關，并且網關應能正常工作。還應從距離網關安裝位置最近的無線現場設備開始對無線設備上電，保證網絡安裝更簡單、快捷。

2) 無線網關的天線應豎直布置，安裝位置應盡可能地有開闊的視野，便于建立無線連接，距離建筑的大型結構約1m。

3) 為了實現最佳的無線覆蓋范圍，網關最好安裝在距地面5～8m的高度，或者安裝在障礙物或主要基礎結構上方2m的高度。

4) 防爆區域必須將網關置于防爆箱內，但是天線必須伸到防爆箱外。

5) 無線網關的電源需要把至少250mA電流容量的24V(DC)(標稱值)電源連接到電源端子。

6) 當需要加裝遠程天線時，找到遠程天線的無線性能最佳的位置，遠程天線安裝在室外，并安裝好接閃器。

4.2 無線現場設備

1) 在安裝電池之前確保無線網關已經安裝完畢并可正常使用，無線設備在無線網關的有效通信范圍內，并且將二者盡量靠近。

2) 全向天線保持豎直方向時的通信效果最好，定向天線需要調整到最佳的通信方向。

5 結束語

無線儀表相對于滑環測量方式，安裝簡單、調試方便、數據傳輸穩定、參數準確，有效解決了滑環連線易損壞的問題，大幅降低了維護的工作量，為企業提高產品質量、降低能耗提供了有效的技術支持。

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