个性化管道加热方案

管道加热的自动控制可以提高管道系统的可用性并且降低成本

作者:Thilo Glas 文章来源:PROCESS《流程工业》 发布时间:2019-11-13
在冬季,管道系统的加热是至关重要的。因为在管道中输送的液体介质经常会变得非常粘稠或完全结冻。如果输送的介质是水基液体,则管道系统则有可能被冻裂。适合不同老旧设备需求的个性化管道加热方案为此提供了一种非常有效的补救措施。

天气越寒冷,流程设备管道系统加热的重要性就越大。管道加热防止管道中输送的液体介质结冻,但同样也只适用于气候炎热的地区。例如在亚洲就要对石油运输管道进行加热,保证输油管中石油的良好流动性,也保证了输油泵的工作粘度。如果管道加热系统失效,会导致整套流程设备停产检修,随之带来巨额的经济损失。更糟糕的是,老旧流程设备的管道加热系统常常没有监控装置,它们只是将断路器连接到电网,且仅在秋季开启和使用,然后在第2年春天再次关闭。这种操作忽略了春天关闭管道的加热系统,如果此时系统出现了问题,会因缺少监控装置而不能被及时发现,直到被输送的介质不能被准时送达才知道出了问题。这样的问题可以利用对加热电流的监控来避免,按照这种方式可以确定电路断路、短路或者绝缘不良等问题。

管道系统加热

巧妙地监控加热电流

监控所需的电流检测传感器可以直接或者通过电流互感器接入到电路中。菲尼克斯公司研发生产的MACX MCR系列产品可以直接对最高5A的电流进行监控。如果使用的是PACT系列的电流互感器,则可以直接测量强度高达千安培的电流,变速器将加热电流转换为控制系统能够获取的4~20mA的模拟信号。这样模拟信号是无法直接传送到流程设备的控制系统中的,因为现场的管道系统和流程设备主控系统之间的距离过长。如果在管道现场有现场总线系统,例如有Profibus,Profinet或Modbus TCP等现场总线以及1个与现场总线系统相匹配的总线耦合器,再加上1个4~20mA电流信号的模拟信号输入模块,则可以通过远程遥控输入输出工作站来连接管道加热的监控信号。

管道系统加热

安全的工业无线解决方案

通常情况下,管道现场有着各种各样的信号输出的情况。因为在现场铺设统一的信号线需花费高昂的成本。因此,安全的无线电通信就是一个不错的替代解决方案。有几种无线通信技术可以实现这一目的。在谈到无线数据传输时,许多用户首先想到的是WLAN通信。这种无线通信技术有许多不同的硬件可供选择,但缺陷是它的通讯距离大约只有100 m。

另一个替代解决方案是菲尼克斯公司开发的Trusted Wireless 2.0,这是一种专门为工业领域应用而开发的无线通讯技术。在2.4 GHz的频带内,2个通讯接收站之间的通讯范围可以达到5 km。在868 MHz频段内,甚至可以达到32 km以上。Radioline系列的硬件产品为这一技术方案提供了完整的Radioline-I/O信号输入输出系统,而且还是可以直接与变送器模块连接的元器件。除了FHSS跳频技术之外,128位AES加密技术也可以确保数据交换的安全性。

将基于Trusted Wireless技术的Radioline-I/O输入输出系统与变送器相结合就能够轻松监控管道的加热电流。为安装Radioline信号发射模块、模拟信号输入集成电路板和MACX MCR电流变送器,整个过程只需要1个小型的电器盒。这一解决方案要求模拟信号输入集成电路板的数量与管道加热保持一致,并记录下所有管道系统中的加热系统数据。由菲尼克斯公司开发的Radioline-I/O输入输出系统可以通过Modbus RTU现场总线通信技术协议与流程设备主控系统进行通信,从而清楚地显示检测数值。只要使用接口转换器,即可在其他现场总线系统中使用。

减少能源的消耗

对管道加热系统的监控可以提高流程设备的可用性,而这一解决方案的另一个优点是节约能源。尤其在老式流程设备的管道加热系统中一到冬季就开始工作的这种情况急需改善。系统考虑环境温度的高低,就能够节约更多的电力,在大型流程设备中甚至可以节约数兆瓦的电力。

新方案中使用了只有达到设定的开启温度才开始工作的温度传感器。从技术角度讲,比较困难的是使用小型控制器的管道加热解决方案,例如使用Inline系列产品,其利用脉冲宽度调制来调节加热功率,从而达到精准调节。Contactron系列的电子式负载继电器可以实现无磨损的快速切换,也最适合在这种情况下使用。这种类型的管道加热功率调节装置可以快速接通和断开,并利用接通时间的长短来调节温度。由于它的加热调节非常简单且容易实现,因此也可以在工业机械中例如注塑设备中使用。

工业云技术解决方案

如果流程设备运营商不仅仅想把管道加热的检测值映射到自己的控制系统中,而且还希望将它们保存在数据库中,以便将来能够对其进行风险评估,那么工业云技术解决方案就是他们最理想的解决方案。这一云技术解决方案适用于所有的检测值和管道加热系统以及其他许多数据的存储、分析和评判。易于使用操作的网关构成了连接现场总线传感器和执行器以及云端数据库的连接器,例如通过Modbus通信技术协议完成上述通讯联系。网关只需要一个网络连接就可以自动地连接到云端,传送到云中的数据和时间戳都能储存在数据库中。用户可以通过用户名和密码安全登录访问云中的数据。这一数据库位于独立第三方的外部数据中心。通常情况下,这一数据中心的安全可靠性和可用性都高于用户在公司本地设置的自用服务器。

所有的数据都可以通过网络浏览器进行比较,例如利用图标的形式进行比较或与Excel兼容的CSV格式分类保存。通常流程设备的控制系统是不能以最简单的方式提供这些选项的,但微软公司的Azure或菲尼克斯公司提供的Proficloud等云技术方案就适合于这种工业用途。

简单方便地接入到现有的流程设备中

管道系统加热

菲尼克斯公司开发的Proficloud是一个可以为每一个应用制定最合适解决方案的开放式物联网系统,这些应用可以基于云技术的数据采集和数据分析。物联网网关会在不影响自动化控制逻辑的基础上,将应用程序与Profidloud云连接起来。该系统通过网关、硬件与云平台之间的工作协调,可以收集到传感器数据和过程数据,并以加密形式将其传输到处理这些数据的云应用中进行处理。

利用物联网网关可以将现有流程设备的状态数据发送到Proficloud云中,从而实现大数据、模式识别和状态监控等,这样能持续性地提高流程设备的生产率。物联网网关的参数设置也可以通过网络管理模式直接在网关上完成,并不需要额外的工程软件。此外,利用物联网网关还可以将现有流程设备的状态数据发送到Proficloud云中。

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