研華PAC在可燃氣體報警器上的應用改造

　　摘要：有些煉油廠罐區(qū)可燃氣體報警器采用二次表進行報警，但儀表信號線距離長，線間干擾大，使得二次表誤報，報警系統(tǒng)無法正常使用。為排除故障提供了新的解決方式，即改用PAC來轉(zhuǎn)換信號，排除干擾。本文著重介紹了對于儀表行業(yè)常遇到的線間干擾的一些故障處理方案。
　　
　　引言
　　
　　GDS（有毒有害氣體檢測系統(tǒng)）包括可燃氣體報警器和硫化氫報警器等，是保障人身安全的安全設備，在工廠里起著舉足輕重的作用。目前多采用二次表-報警器進行報警顯示。
　　
　　某罐區(qū)有可燃氣體報警器10臺，硫化氫（H2S）報警器10臺，由于導線距離長，且采用的是24芯電纜，在線間形成電容性積累電荷，造成信號干擾，使報警器的二次表因受干擾頻繁產(chǎn)生錯報，無法正常使用。
　　
　　由于罐區(qū)覆蓋面積大，所以信號導線多且雜，而且與220V儀表供電線敷設在同一槽線盒。其中距離較遠的幾十臺報警器的二次表因而受干擾產(chǎn)生錯報，具體有兩種表現(xiàn)形式：一是頻繁產(chǎn)生誤報，即一次表指示不超標，但二次表出現(xiàn)高報；二是聯(lián)報，即一臺一次表測得高報信號，卻引起多臺二次表顯示高報，干擾了正常的生產(chǎn)。
　　
　　可燃氣體報警器的信號線不是屏蔽導線，且沒有為它單獨敷設槽線盒，是導致問題的根本原因。由于現(xiàn)場不能準確判定干擾源，全部更換導線工程量大，投資高。如下圖所示：　　　　
　　但是，全部更換導線浪費大，工程量大，且罐區(qū)現(xiàn)場動火危險性高。因此需要摸索一套工程量小的修補方案來解決問題，保護前期投資。
　　
　　1、改造方案選擇
　　
　　方案一：全部更換受干擾的信號線。重新布槽線盒，更換多線電纜為三芯電纜，每塊一次表單*根電纜。
　　
　　方案二：離現(xiàn)場150米處有一間消防泵房，將20臺表的信號線引到泵房，在泵房內(nèi)安裝一臺PAC，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號集中傳送到主操作室，泵房到主操作室只需要拉一根光纜，形成現(xiàn)場數(shù)字通訊系統(tǒng)。
　　
　　費用概算如下表：　　
　　評估：因為光纜不怕電磁干擾，所以不受線間干擾影響也能解決問題。但泵房環(huán)境對PAC提出嚴格安裝條件：出于安全考慮，必須要將數(shù)采控制器和卡件置于隔爆箱內(nèi)。但密封的隔爆箱散熱性能差，夏季高溫可能會超出PAC的工作溫度范圍。
　　
　　方案三：以上兩種改造方案都需要更換電纜，所使用的信號都必須經(jīng)過二次表轉(zhuǎn)換，且顯示為接點信號，不易觀察具體報警值，很不直觀。
　　
　　因此，更換一次表為能輸出4~20mA電流信號的模擬表，20臺共花費14萬元。同時，不用二次表顯示，模擬信號直接通過原24芯電纜進入主操作室，接入PAC中，用工控機作為上位機顯示數(shù)據(jù)。由于電流信號抗干擾性比接信號強，再加上數(shù)采控制器的濾波抗干擾特性，應該能解決信號干擾問題。
　　
　　評估：此方案避免更換電纜的巨大工作量，而且從質(zhì)的方面升級了系統(tǒng)，大大提高了測量的可靠性和自動化水平。但投資較大。
　　
　　方案四：更換一次表為能輸出4~20mA電流信號的三線制模擬表，仍用原24芯電纜。由于每臺一次表由四線改為三線，則可將空余出來的一根電纜線作為屏蔽線進行接地處理，讓其不要產(chǎn)生多余的電荷從而造成干擾。
　　
　　另外，在主操作室加裝1臺20A直流穩(wěn)壓電源來給一次表供電，增大了供電功率，進一步提高了穩(wěn)定性。
　　
　　評估：此實施方案不用二次表作為顯示設備，節(jié)省費用20X0.4萬=8萬元。
　　
　　2、方案驗證
　　
　　綜合分析認為，方案四*。這套方案不但*利用了現(xiàn)有的電纜線，還把信號的質(zhì)量全面提高了，更重要的是這個方案是節(jié)省錢的（8-4.2=3.8萬元）。但其有效性需要實驗證明。
　　
　　如果方案四不理想，那方案三同樣也不適用。
　　
　　如果方案四失敗，考慮驗證方案二，但要解決PAC的防爆問題，用隔爆箱則帶來散熱問題。
　　
　　其它三種方案都無法解決問題時，就只有按方案一實施改造。
　　
　　2.1方案四系統(tǒng)配置
　　
　　PAC的硬件選用研華公司的PAC控制器ADAM-5550KW，模擬量采集比較多，此系統(tǒng)在我廠已有多套應用，以其運行穩(wěn)定成為我們的產(chǎn)品。也因為這臺控制器的處理能力比較強，為將來罐區(qū)所有的儀表（包括油位、溫度、流量等計量值）改造也做好了系統(tǒng)容量的準備。
　　
　　由于監(jiān)控需要人機界面（HMI）軟件選用開物2000，這是一套國產(chǎn)軟件，在石化行業(yè)有較多應用，在我廠也有多套在用，它有專門針對ADAM-5550KW控制器開發(fā)的驅(qū)動程序。因為研華公司的ADAM-5550KW控制器運行的是WinCE操作系統(tǒng)，所以這次系統(tǒng)改造中我們暫時還是采用一臺研華工控機來運行開物2000的組態(tài)軟件。待以后有時間時再將組態(tài)軟件移植到控制器中運行，直接接顯示器就可以了。這樣能省掉一臺工控機的費用。
　　
　　2.2PAC簡介
　　
　　PAC（ProgrammableAutomationlController，可編程自動化控制器），是由ARC咨詢集團的研究員CraigResnick提出的，定義如下:
　　
　　♦具有多重領域的功能，支持在單一平臺里包含邏輯、運動、驅(qū)動和過程控制等至少兩種以上的功能。
　　
　　♦單一開發(fā)平臺上整合多規(guī)程的軟件功能如HMI及軟邏輯,使用通用標簽和單一的數(shù)據(jù)庫來訪問所有的參數(shù)和功能。
　　
　　♦軟件工具所設計出的處理流程能跨越多臺機器和過程控制處理單元,實現(xiàn)包含運動控制及過程控制的處理程序。
　　
　　♦開放式、模塊化構(gòu)架，能涵蓋工業(yè)應用中從工廠的機器設備到過程控制的操作單元的需求。
　　
　　♦采用*的網(wǎng)絡接口標準及語言，允許不同供貨商之設備能在網(wǎng)絡上交換資料。
　　
　　使用軟邏輯PAC控制器的優(yōu)點：
　　
　　2.21強大的PC-BASED功能：
　　
　　♦大容量的存儲能力
　　
　　♦眾多方便、靈活的通訊端口
　　
　　♦強大的浮點、數(shù)學運算能力
　　
　　♦復雜的控制算法（模糊控制）
　　
　　♦強大的軟件功能，方便增加功能庫
　　
　　♦內(nèi)嵌的低成本以太網(wǎng)
　　
　　2.2.2編程軟件：
　　
　　♦多任務架構(gòu)
　　
　　♦通用編程標準IEC61131-3，
　　
　　♦同時支持五種語言編程：梯形圖、功能塊、ST、IL、SFC等，
　　
　　♦編程快速上手，無擾切換
　　
　　PAC軟邏輯控制器—ADAM-5550KW　　
　　♦CPUAMDGeodeGX533（GX2）
　　
　　♦I/O能力8槽
　　
　　♦LED指示燈電源、CPU和通訊
　　
　　♦內(nèi)存128MBDDRSDRAM，帶512KB電池備份
　　
　　♦1xCompactFlash卡（內(nèi)部）
　　
　　♦操作系統(tǒng)WindowsCE5.0
　　
　　♦實時時鐘有
　　
　　♦看門狗定時器有
　　
　　♦通訊協(xié)議Modbus/RTU和Modbus/TCP
　　
　　♦zui多節(jié)點數(shù)32
　　
　　♦媒體帶RJ-45接口的2X以太網(wǎng)接口
　　
　　♦傳輸速率10M/100Mbps（10/100Base-T）
　　
　　現(xiàn)場信號直接連接到AI卡ADAM-5017的端子上，用ADAM-5550KW采集到信號值并進行處理后，將數(shù)據(jù)放入MODBUS存儲區(qū)；采用MODBUSTCP協(xié)議傳至工控機，再由開物2000軟件完成圖形顯示。
　　
　　對ADAM-5550KW編程采用KW-Multiprog開發(fā)工具進行PLC程序的編寫，硬件配置簡單明了，如下所示：　　
　　2.3方案四應用效果
　　
　　這套方案通過采用研華PAC將現(xiàn)場一次表轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號集中傳送到主操作室，構(gòu)成數(shù)字抗干擾優(yōu)勢代替二次表完成報警功能。方案投用后，原有的強噪信號被有效抑制，干擾幅度不超過0.3%，*削除了誤報現(xiàn)象，增強了系統(tǒng)的可靠性。而且計算機系統(tǒng)比二次表的優(yōu)勢是，數(shù)據(jù)顯示直觀，并有歷史記錄功能，受到工藝操作人員的普遍歡迎。
　　
　　工控機作為顯示設備，可以接收更多的數(shù)據(jù)，為將來的儀表擴建提供了寬裕的硬件平臺。
　　
　　工控機的數(shù)字量可通過網(wǎng)絡將可燃氣和硫化氫含量值上傳到實時數(shù)據(jù)庫中。
　　
　　由此，我們認為方案4，*了我們的要求，是*方案。所以就不再驗證其它方案了。至此，我們圓滿地解決了問題。
　　
　　3、小結(jié)
　　
　　通過運行的高科技含量的計算機和控制設備，只用了少量的投資，就將原有的30萬元的設備盤活了，并從本質(zhì)上提高了應用效果。而且把改造所需的工程量減到zui低。
　　
　　此項目的成功實施，得到以下經(jīng)驗：
　　
　　1、對于儀表專業(yè)常遇到的線間干擾的故障處理，提供了新的解決方式，即改用PAC來轉(zhuǎn)換信號，排除干擾。PAC（包括本項目所使用的研華公司的ADAM-5550KW）在信號采集過程中的濾噪功能相當有效，對解決現(xiàn)場干擾提供了避免浪費的修正手段。
　　
　　2、計算機顯示技術替代二次表顯示是科技進步的必然趨勢。工業(yè)控制用的計算機可靠性*，不但處理能力強大，顯示形式靈活直觀，并且提供對外的實時數(shù)據(jù)接口。這使控制水平有了質(zhì)的飛躍。
　　
　　3、本項目中搭建起來的PAC硬軟件系統(tǒng)是一個容量很大的平臺，可滿足將來罐區(qū)所有的儀表（包括油位、溫度、流量等計量值）改造的需要。為罐區(qū)自動化水平的提升作了準備。