浅谈多路温度采集系统在加热炉温度检测中的应用

[摘 要]随着现场总线技术的不断发展，越来越多的新技术被应用到了过程控制中，在保证了质量、安全的前提下，不但达到了预期效果，还有效的控制了成本，这其中多路温度采集系统就是一个典型应用，本文主要通过其在加热炉温度检测中的具体实施方法来阐述这种技术的优越性。

[关键词]现场总线技术 多路温度采集系统 过程控制 特点

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0274-01

0 引言

在中国石油四川石化1000万吨/年常减压蒸馏装置中，用于两台加热炉（减压炉/常压炉）内部温度检测的K型热电偶共计123个。如果用传统施工方法，将需要大量的材料及人力。针对这种检测点数量多且位置集中的特点，我们运用了多路温度采集系统来检测炉内各个测量点的温度。这种以现场总线技术为代表的应用，在石油化工建设行业中也得到了推广。通过该工程的实施，我们对此类新型技术的工作原理及施工要求进行了总结，可为以后同类技术的应用提供借鉴价值。

1 多路温度采集系统简介

多路温度采集系统是一种以现场总线方式传送的系统，其系统运行方式为：通过安装于现场的模拟信号发送器来采集危险区域的温度信号，再用冗余的通讯电缆将信号数据发送至安装于安全区的模拟信号接收器，最后由接收器转换来自危险区的发送器的信号，以双路串行RS485 Modbus-RTU 通讯方式输出接至DCS系统。

2 多路温度采集系统的配置及构成

2.1系统配置

本装置使用的多路温度采集系统由接收器、发送器、拓展卡构成。一套系统中的接收器最多可支持4个安装在危险区域的模拟信号发送器，其中每个发送器最大可以连接3个拓展卡。位于危险区域的发送器的每个数据链路需要一个隔离栅。

发送器即安装在危险区域的模拟信号采集模块，它是由一个双供电单元、一个模拟信号转换单元、和一个多路模拟信号输入单元组成。它可以通过带有供电和通讯双重功能的冗余通讯电缆与安装在安全区域的接收器进行通信，双供电单元保证了系统的可靠性；高精度模拟信号转换单元的线性度和精确度为：热电偶信号mV≤±20uV、输入值的±0.05%，实现了对传感器输入信号的高度数字化；模拟信号输入单元为16通道，每个通道会对相对应的检测点进行扫描，任意通道的功能也可进行单独的编程设定，在本装置中检测最远位置温度的扫描时间仅为1.7s。同时每个发送器可以增加三块拓展卡来提高容量，拓展卡通过扁平电缆与采集单元或其它拓展卡连接。

从图1中可以看出，发送器安装在现场的保护箱导轨上，保护箱的防爆等级为EX eIICT4，防护等级为IP65。现场热电偶的补偿导线接入发送器及拓展卡两侧相应的通道，拓展卡与发送器之间通过扁平电缆连接，发送器再通过双冗余的电缆与安装在控制室的接收器连接。

工作时，发送器带有的冷端补偿功能会自动并入每一个检测通道来确保测量的正确性。系统自带的滤波功能不仅可以滤掉测量中的不稳定信号，还能提高测量的相应时间。断偶保护功能可以保障系统的正确运行，它是通过一个不影响完整性及测量精度的电路来实现。如果发生断偶情况，所有传感器的通道都会进行扫描，同时只有所有的通道正常才会把数据传送至接收器，否则系统将会提示错误。通信诊断功能可以确保系统的正常运行，依靠双冗余的通讯电缆，可以保障一个通讯接口发生错误时，系统会自动切换到另一个，提高了安全性与可靠性。

接收器由网关模块、供电单元、通讯单元组成。其安装在安全区域，通过冗余的通讯电缆为安装在危险区域的发送器及拓展卡进行供电，并接收来自它们的信号。网关模块是系统中的控制单元，能够识别出发送器的工况，判断是否出现开路、故障等情况。每个接收器的通讯单元最多可以支持256个模拟量通道，即4个发送器及配套满容量的拓展卡。考虑到接收的信号都来自危险区域，为了达到防爆要求，系统在每个数据链路都设置了隔离栅，用于满足安全性。

工作时，接收器中的嵌入式管理系统能够实时监控冗余的通讯线路，使系统在预定的设置中进行双通道的切换。当系统发现故障时，自我诊断功能会恢复系统直至正常；如果修复后故障仍然存在，系统会判定通道不可用并用指示灯来提示错误，同时系统会立即切换到另外一条通道上，以保障正常运行，这种工作方式能使得运行效率和安全性大大增强。

3 多路温度采集系统的特点

多路温度采集系统是一种现场总线系统，由于它减少了系统的配置；简化了系统的安装、维护和管理；降低了系统的运行和维护成本；提高了系统的安全性及可靠性能等诸多方面的特点，引起人们的广泛关注。

我们不难发现，通过使用多路温度采集系统来检测两套加热炉内部温度，再对比常规方法即由现场热电偶直接敷设补偿导线至控制室。多路温度采集系统不但从现场施工材料方面节省了大量补偿导线、保护管及配套施工材料，从而减少了施工时间及人力；从室内系统方面节省了通道主板、安全栅卡件等设备，从而节约系统设备空间，大大降低了成本。

同时，这套系统不仅达到了传统检测的预期效果，其扫描时间快、测量准确、低功率等特点更是表现出了优越性。同时系统中的各项保护、诊断及恢复等功能，能够在系统发生故障时， 快速的进行无扰动的自动切换，并产生系统报警，在切换中还能使保证数据完整无丢失，确保了系统的安全可靠。

4 结束语

在中国石油四川石化1000万吨/年常减压蒸馏装置中，多路温度采集系统的应用不仅简化了建设过程，更保障了后期使用过程的安全可靠。系统投用至今，通过回路调试及烘炉过程来看，运行稳定良好，检测快速准确，在装置建设及使用中达到了其预期的良好效果。