棒线型材厂超声波液位计仪表故障案例解析
文章介绍了笔者现场工作中遇到的仪表故障的处理过程及分析。
1、概述：
笔者主要负责柳钢棒线型材厂现场电气设备技术管理, 工作中常常接触各类仪表故障, 因为现场仪表通常采用弱电信号, 故障源往往较为隐蔽, 所以在面对仪表故障时, 需要在掌握其工作原理的基础上, 耐心细致地排查处理。在此, 对近一年遇到的几个仪表故障的处理过程进行介绍和分析。
2、故障案例：
2.1、称重控制器串口烧故障：
我厂五六棒成品地磅选用托利多IND331系列称重控制器, 通过RS232通讯接口, 将其中一路数据传输至生产管理网电脑主机, 进入称重控制系统, 完成数据统计及标牌打印等工序。另一路数据传输至悬挂在生产现场的显示屏, 面向操作工显示实时称重数据。发生在六棒的一次故障中, 生产管理网无法接收称重数据, 经检查发现称重控制器RS232通讯接口烧, 无信号输出, 更换控制器主板, 使用几个小时后RS232接口再次烧坏。现场检查了接地、外部电源、电脑主机均未发现异常。初步判断系瞬间过电压导致RS232接口烧, 但是不能确定过电压来自称重控制器还是电脑主机。因为无法确定故障点, 为了避免可能出现的过电压通过RS232数据线波及称重控制器 (电脑主机) , 决定采取光电隔离的方式保护通讯双发设备, 在原本直接通过RS232数据线连接的称重控制器和电脑主机之间增加一套RS232光纤转换器。经过光电隔离后, 可以确保通讯双方任何一方出现故障, 产生过电压时, 不牵连到另一方设备, 减少损失。
图1 光电隔离示意图 下载原图
2.2、超声波液位计线路干扰故障：
五六棒生产用水采用自循环方式供水, 由不同泵组实现生产水在冷水池、轧线、漩流池、平流池之间的周转。轧线满负荷生产时, 水循环系统周转迅速, 瞬时流量达4000m3/h, 如果几个水池的液位控制失衡, 很可能引发水池溢水事故, 浸泡设备, 造成损失。按照设计, 平流池液位检测元件为超声波液位计, 将水池液位以两线制4~20m A信号形式传输至PLC, 显示于监控WINCC画面。投产一段时间后, 不定期出现液位波动的现象, 尽管波动幅度不大, 但不利于值班人员准确掌握水位情况, 存在一定隐患。
起初判断是由于水池密闭, 水温高产生雾气, 飘散到超声波液位计探头表面后凝结成水珠, 影响超声波信号收发, 导致检测液位出现波动。经过持续跟踪观察, 发现在气温高, 水池没有雾气产生的时候依然会出现波动现象, 据此判断雾气并非干扰源。该液位计安装位置距离PLC柜大约60米, 中间穿越部分动力电缆桥架, 判断干扰或来自线路周围, 因此决定增加配电隔离器进行抗干扰保护。配电隔离器的工作原理是既为变送器等一次仪表提供24V配电电源, 同时又对输入的电流信号进行采集、放大、运算、和进行抗干扰处理, 再输出隔离的电流和电压信号, 供后面的二次仪表或其它仪表使用。增加配电隔离器后, 液位波动现象果然消失, 前后对比图如下:
图2 改造前液位趋势图 下载原图
图3 改造后液位趋势图 下载原图
2.3、超声波液位计检测口干扰故障：
同五六棒一样, 中型线水处理浊环冷水池也采用超声波液位计进行液位检测。生产中, 该液位数据也出现了波动现象。有别于五六棒平流池, 该水池的水并非从漩流池而来, 而是经过冷却塔风冷降温后流入, 因此不存在雾气蒸腾干扰探头的可能性。同时, 水池远离生产现场, 液位计距离PLC柜仅20米, 沿途没有其他动力电缆, 所以也排除了线路干扰的可能。深入观察后, 发现该液位计安装的位置距离水池入水管口很近, 此处水流湍急, 水花飞溅, 而超声波液位计的检测原理是通过传感器发出超声波脉冲信号, 声波经液体表面反射后被同一传感器接收, 并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测液体表面的距离, 显然波涛汹涌的水面将大大影响超声波液位计的检测精度。
鉴于表面水位起伏较大, 而下层水流较为平稳, 决定取消超声波液位计, 改为不锈钢缆式压力液位计。压力式液位计采用静压测量原理, 当液位变送器投入到被测液体中某一深度时, 传感器迎液面受到的压力的同时, 通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔, 再将液面上的大气压Po与传感器的负压腔相连, 以抵消传感器背面的Po, 使传感器测得压力为:ρ.g.H, 通过测取压力P, 可以得到液位深度。更换后, 液位数据稳定准确, 故障排除。
对于超声波液位计, 除了水面起伏大会对检测造成影响, 检测探头下方有阻挡物体也会造成检测失真。例如安装在五六棒漩流池的超声波液位计, 由于现场人员工作不够细致, 在液位计检测口处固定了一根橡胶排水管, 造成液位计探头收发信号收到影响, 导致液位失真。经检查发现此问题并移除橡胶排水管后, 液位恢复正常。
3、结论：
对于工业自动化领域, 各类检测元件、仪器仪表如同控制系统的五官, 不断采集来自现场的信号、状态, 反馈到控制系统, 帮助实现各种功能。它们遍布现场各个角落, 种类繁多, 却都遵循相应的标准和规则, 只要掌握其工作原理、信号特性、安装工况和周围环境, 很多仪表故障都能在实践摸索中迎刃而解。同时, 在仪表选型的时候, 应该充分考虑安装工况、信号类型与仪表参数的匹配度, 以免留下故障隐患, 增加日后的维修工作量, 也造成备件浪费。