同位素仪表就地显示操作装置的开发

杨 季 钱耀东

(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)

同位素仪表就地显示操作装置的开发

杨 季 钱耀东

(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)

介绍同位素仪表就地显示操作装置的结构，给出程序运算公式、数据修正方法和各参数设置步骤。实际应用结果表明：通过就地显示操作装置可以就近观察仪表测量状态和运行参数，通过触摸显示屏可以对仪表参数进行读、写操作。

同位素仪表 就地显示操作装置 数据修正 HART通信

同位素仪表依据射线穿过物质时的衰减原理进行测量[1]，因具有非接触式测量的优点，在化工、石油、电力、冶金、煤炭及矿山等众多工业领域中有着广泛应用。同位素仪表作为特种仪表，使用和操作有其独有的特点。传统的同位素仪表由放射源、探测器和二次表组成，放射源和探测器安装在被测设备两侧，二次表安装于控制室内，二次表通过专用电缆给探测器供电。

近年来，同位素仪表正朝着探测器和二次表一体化的方向发展，即控制室不留二次表安装位置。仪表只输出4～20mA标准电流信号给DCS。仪表校验、标定等操作通过HART手操器实现。但这种操作只是临时性的，手操器操作完成后，DCS上只能看到被测主变量，而无法观察其他仪表参数。工业同位素仪表作为重要的在线检测仪表，测量的都是生产过程中的关键参数，有些现场要求必须即时显示各仪表参数，并进行仪表数据的读、写操作。然而，目前我国同位素新型一体化仪表中，尚未有即时显示、操作单元。

针对上述情况，笔者设计了一种结构简单、功能较完备的同位素仪表就地显示操作装置[2]，作为标准选配单元装配在探测器测量现场附近，即时显示测量参数，解决工业同位素仪表的现场数据读、写操作问题。

1 装置结构

同位素仪表就地显示操作装置的安装示意图如图1所示。

图1 同位素仪表就地显示操作装置安装示意图

该装置主要由仪表壳体、显示屏及电路板等组成，其结构如图2所示。

图2 就地显示操作装置结构

将硬件、软件电子电路集成于电路板上。显示屏为触摸屏，既能显示仪表测量和校验的所有参数，又能通过触摸操作，实现对同位素仪表参数的调阅和数据的读、写[3]功能。

该装置具有两种通信方式：在探测器附近进行近距离操作时，采用RS485通信方式；在控制室等进行远距离操作时，使用HART方式和探测器通信方式[4]。

仪表后盖上有导轨安装支架，可以将仪表盒固定在现场或仪表柜里的安装导轨上。

由于常规使用场合没有防爆要求，所以就地显示操作装置可以直接安装在现场。而在有防爆要求的特殊场合，仪表盒需整体安装于防爆壳内。

2 运算程序

2.1 运算公式

配合仪表探测器，就地显示操作装置可以分别设置为料位计和密度计。以料位计两点标定为例，软件编制中的数学公式有直线和对数两种模式[5]。

两点取直线计算时有：

H=Hmin+(Hmax-Hmin)×(Nmax-N)/(Nmax-Nmin)

(4) 随着盾尾间隙的增大，地表沉降值逐渐增大。盾尾间隙为 35 mm时，最大地表沉降为 3.5 mm；盾尾间隙为 75 mm时，最大地表沉降为3.2 mm，均满足地表沉降控制指标。

式中H——即时料位，对应的计数率为N；

Hmax——最高料位，对应的计数率为Nmin；

Hmin——最低料位，对应的计数率为Nmax。

两点取对数计算时有：

H=Hmin+(Hmax-Hmin)×(lnNmax-lnN)/(lnNmax-lnNmin)

2.2 数据修正

仪表标定完成后，可依照实际生产工况对标定数据进行修正[6]。

设Hx为指定修正点仪表的测量值，和工艺提供的标准值相比，两者的偏差值为δ。则对于任一测量值H，修正后的结果Hsc为：

3 操作使用

同位素仪表就地显示操作装置采用中文界面，操作直观方便。各界面功能使用菜单嵌套模式。以料位计为例，在“仪表模式”中选择“物位”，进入“物位设置”界面后，可依次进行以下参数设置：

a. “探棒数量”编辑框，显示和设置探棒数量；

b. “时间常数”编辑框，显示和设置时间常数值；

c. “脉冲限制”编辑框，显示和设置脉冲限制值；

d. “射源”单选按钮，显示射源或选择射源；

e. “单位”单选按钮，显示单位或设置单位；

f. “常规数据”按钮，进入常规数据界面；

g. “刷新”按钮，常用于查询或设置失败时刷新界面数据；

h. “系统信息”按钮，进入系统信息界面；

i. “保存”按钮，保存当前界面设置；

j. “返回”按钮，返回上一级界面。

其他各界面菜单也按类似方式进行设置。

图3是部分操作界面的截图，可以看出，开发完成后的就地显示操作装置，界面友好，操作便利，达到了设计目的。

图3 操作界面

4 结束语

笔者开发的同位素仪表就地显示操作装置，作为可选配单元，安装在探测器测量现场附近。工作人员可以就近观察仪表测量状态和运行参数，也可以通过其触摸显示屏对同位素仪表参数进行读、写操作。在有防爆要求的特殊场合，该装置可整体安装于防爆壳内。装置功能设计较为齐全、界面友好且操作便利，有效解决了工业生产过程中同位素新型一体化仪表存在的问题，填补了国内产品在本行业的技术空白，具有一定的社会效益和经济效益。

[1] 孙树正.放射性同位素手册[M].北京:中国原子能出版传媒有限公司,2011.

[2] 赵万翔,郭东林,薛峰,等.HART通信协议在同位素仪表中的应用[J].石油化工自动化,2016,52(2):69～70.

[3] 刘虎,周蕾.数字式射频导纳物位仪的研究与开发[J].化工自动化及仪表,2014,41(7):819～822.

[4] GB/T 29910-2013,工业通信网络现场总线规范类型20:HART规范[S].北京:中国质检出版社,2013.

[5] 李星洪.辐射防护基础[M].北京:原子能出版社,1982.

[6] 赵勇,张红梅,邹雪娟.检测仪表常见故障的分析与处理[J].化工自动化及仪表,2014,41(5):605～606.

DevelopmentofOn-siteDisplayDeviceforIsotopeInstrument

YANG Ji, QIAN Yao-dong
(TianhuaChemicalMachinery&AutomationInstituteCo.,Ltd.)

The on-site display and operating device for the isotope instrument was described and its practical application results show that, through this on-site display device, the instrument which measuring conditions and operating parameter can be observed and read and written via a touch screen.

isotope instrument, on-site display and operating device, data correction, HART communication

TH816+.7

B

1000-3932(2017)09-0845-03

2017-04-05，

2017-05-05)

杨季(1970-)，工程师，从事同位素仪表的研发、生产与市场应用工作，cthkj_cks@163.com。