关键字：模拟量；开关量；代替；应用；
在火力发电厂，随着科学技术的发展热工DCS系统已经被广泛使用，技术成熟的DCS对于现场数据点的采集无论是开关量信号还是模拟量信号已经没有过多苛求，因为即使是模拟量也可以通过逻辑组态的方式转化为开关量进行输出与控制。现实中对于近十年前设计安装的开关量或是模拟量，在实践中或许已经显得不那么合适了，那么问题是能不能进行改造，将开关量信号用模拟信量号进行代替，让很多工程技术人员拿不定主意，因为没有一个官方的依据可以遵循，重要的控制系统，管理者也不敢轻易做出改变的决策，多数还处于克服困难维持现状的局面，本文将通过分析比较的阐述方式，让读者更清楚的认识这两种信号的属性。
1、模拟量信号的定义及其特性
模拟量控制信号是指随时间连续变化的控制信号，其计算判断一般采用连续函数运算，如:算数运算，PID运算等。现场常用仪表有压力变送器，温度变送器，液位变送器等。均能输出标准的4-20mA信号，在逻辑中可以任意形式进行组态，只要确定了设定值，通过比较的方式就可以转化为开关量输出，使用十分方便。
模拟量信号以压力变送器为例，压力变送器是一种将压力转换成标准电信号进行控制和远传的设备[1]。是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、机床、管道等众多行业。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如4-20mA/DC等），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。20世纪90年代科学技术迅猛发展，变送器测量精度提高而且逐渐向智能化发展，数字信号传输更有利于数据采集，出现了扩散硅压阻式变送器、电容式变送器、差动电感式变送器和陶瓷电容式变送器等不同类型[2]。其主要优点可以归纳为：
（1）压力变送器具有工作可靠、性能稳定等特点；
（2）专用V/Ⅰ集成电路，可靠性高，维护简单，体积小、重量轻，安装调试极为方便；
（3）4-20mA /DC二线制信号传送，抗干扰能力强，传输距离远；
（4）LED液晶指示表头，现场读数十分方便，可省去压力表；
（5）适应范围广泛，可用于测量粘稠、结晶和腐蚀性介质；
（6）高准确度，高稳定性，校验方便。
2、开关量信号的定义及其特性
开关量控制信号指的是随时间不是处于ON状态就是处于OFF状态的二位控制信号（1/0，通或断），其计算判断一般采用逻辑关系运算，如：AND, OR, NOT, 计时，计数等。开关量控制信号通常用于自动报警，顺序控制和自动保护之中。
能够输出标准开关量信号的控制仪表称为开关量变送器，如：行程开关，料位开关，压力开关，湿度开关等装置。本文着重要讲的是压力型开关，对于压力开关主要有以下几个技术要求：
（1）动作的稳定性 应用中我们最希望得到一块重复偏差值小的压力开关，即要求其动作值和返回值的稳定性好，长期工作中均能保持在原有的整定值上。
（2）动作的可靠性 火电厂开关量控制系统中，开关量变送器的工作间歇时间长，要求既不能“拒动”又不能“误动”。
（3）切换差（死区），在大部分开关量控制系统中，不但不要求切换差为零，相反还要求它有足够大的数值，并且还有调解范围，以避免执行机构频繁的动作。但在某些应用场合这个切换差反而给我们带来了麻烦，这一点在工程应用中会举例。
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3、工程实践举例
某电厂给水系统设计三台35%负荷容量的电动给水泵。电泵轴承采用润滑油进行冷却，润滑油参数指标对水泵本体的安全运行起着至关重要的作用，润滑油压力是其中一项重要的监视保护参数，系统中设计了四个开关量压力测点，压力开关整定值分别为低Ⅰ值0.15 MPa，低Ⅱ值0.08MP,高Ⅰ值0.17 MPa和高Ⅱ值0.22 MPa，逻辑设计为:高Ⅰ值触发时允许停辅助油泵；高Ⅱ值触发时联锁停辅助油泵；低Ⅰ值与上低Ⅱ值电泵跳闸；这个由开关量组态的连锁逻辑如果是用模拟量来做，稍加改动即可实现。
在实际应用中，由于低Ⅰ值与高Ⅰ值定值十分接近，只差了20KPa。由于回差的问题，当油压下降时，可能会出现这样的情形：高Ⅰ值尚未消失，而低Ⅰ值已经触发，实际应用中高Ⅰ值选择的是7-30PSI量程的压力开关，允许切换差是量程的10%，计算结果为15.86KPa，也就是说当压力降到170-15.86=154.14KPa时高Ⅰ值消失也是合理的，距离低Ⅰ值开关只有4.14KPa的小小差距，任何一个开关稍有偏差，低Ⅰ值与高Ⅰ值同时触发的情形发生也就不足为奇了，此时运行人员就会产生困惑，认为热工仪表测量不准。在这种情况下热工人员就要将仪表拆回实验室进行检测校验，不仅如此，因为开关型仪表在动作前，我们是无法感知其状态的，就会有一种不放心的感觉，为了设备联锁保护的可靠性，每次停机检修维护人员就要对压力开关进行检验，但是检验过程往往不是那么顺利，归纳起来有以下几点:
（1）检验过程要人工使用扳手手动调压读数，难以精准控制，这种方式易于引入人为误差。
（2）手工反复调整，尤其是双刀双掷开关，调整时相互影响稳定性极差，大量耗费人力和时间，调校难度较大。
（3）开关检验重复性误差大，很难满足0.5%的精度指标要求。另外切换差大，小量程压力开关达不到量程10%指标要求，经常出现不合格产品。
（4）检修搬运与安装过程，难免磕碰，容易造成定值跑偏，稳定性较差[3]。
在这个工程实践中，笔者建议改开关量为模拟量会解决很多问题。
5、结论
从理论和实际应用角度来分析，使用压力变送器比使用压力开关有以下几个优点:
第一可大量节约成本，四个压力开关完全可以用两到三个变送器来取代，取信方式可以采用二取平均或三取中的方式，可根据可靠性要求高低而定。
第二可减少备件储量，压力变送器可以选择一种量程而不像开关要选择四种量程，只要有压力变送器的备件通过调整量程即可，而压力开关却基本必须一对一储备；
第三故障分析更容易，压力变送器可以从DCS调取曲线观察压力变化趋势，容易分析问题，而压力开关只有在动作了之后才知道，不利于提前预防；
第四变送器易于早期发现问题，压力变送器之间可以相互比较偏差提前判断是否准确，而不像压力开关不放心每次检修必须校验，可减少很多工作量；
总之压力变送器在很多情况下是有较多的优点的，但是开关量在一些没有DCS进行逻辑组态的情况下，一些就地回路或者PLC控制系统当中还是有一定优势的，也不需要供电就能工作。另外广义上的开关量不只是压力开关，像行程开关，物位开关，湿度开关等还是有它独特的用处的，压力开关和变送器都有各自的优缺点主要看我们在什么情况下使用才能做出明确的选择。任何压力仪表都有其使用的规范要求，我们要注意仪表的使用场合，关注介质的物理特性，合理的应用才能达到热工专业对准确性和可靠性的要求。
参考文献：
[1]刘美主编；禹柳飞，宁鹏副主编．仪表及自动控制．中国石化出版社，2015.10
[2]林锦国，张利，李丽娟编著．过程控制．东南大学出版社，2009.09
[3]张本贤主编．热工控制检修．中国电力出版社，2015.04
论文作者:闵兆俭
论文发表刊物:《中国电业》2019年11期
论文发表时间:2019/12/2
标签：信号论文; 压力开关论文; 量程论文; 变送器论文; 模拟量论文; 压力变送器论文; 仪表论文; 《中国电业》2019年11期论文;