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獨山子石化公司煉油廠 高智泉 李淑珍 李豔 鄭豔霞
摘要：某(mou)煉(lian)油(you)廠(chang)罐(guan)區(qu)可(ke)燃(ran)氣(qi)體(ti)報(bao)警(jing)器(qi)采(cai)用(yong)二(er)次(ci)表(biao)進(jin)行(xing)報(bao)警(jing)，但(dan)儀(yi)表(biao)信(xin)號(hao)線(xian)距(ju)離(li)長(chang)，線(xian)間(jian)幹(gan)擾(rao)大(da)，使(shi)得(de)二(er)次(ci)表(biao)誤(wu)報(bao)，報(bao)警(jing)係(xi)統(tong)無(wu)法(fa)正(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)。本(ben)文(wen)著(zhe)重(zhong)介(jie)紹(shao)了(le)對(dui)於(yu)儀(yi)表(biao)專(zhuan)業(ye)常(chang)遇(yu)到(dao)的(de)線(xian)間(jian)幹(gan)擾(rao)的(de)故(gu)障(zhang)處(chu)理(li)方(fang)案(an)，為(wei)排(pai)除(chu)故(gu)障(zhang)提(ti)供(gong)了(le)新(xin)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)式(shi)，即(ji)改(gai)用(yong)PAC來轉換信號，排除幹擾。
關鍵字： 信號幹擾，PAC係統 ，抗幹擾，改造
0、引言
GDS（有毒有害氣體檢測係統）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，在工廠裏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。
某罐區有可燃氣體報警器10台，硫化氫（H2S）報警器10台，由於導線距離長，且采用的是24芯電纜，在線間形成電容性積累電荷，造成信號幹擾，使報警器的二次表因受幹擾頻繁產生錯報，無法正常使用。
由於罐區覆蓋麵積大，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台報警器的二次表因而受幹擾產生錯報，具體有兩種表現形式：一是頻繁產生誤報，即一次表指示不超標，但二次表出現高報；二是聯報，即一台一次表測得高報信號，卻引起多台二次表顯示高報，幹擾了正常的生產。
keranqitibaojingqidexinhaoxianbushipingbidaoxian，qiemeiyouweitadandufushecaoxianhe，shidaozhiwentidegenbenyuanyin。youyuxianchangbunengzhunquepandingganraoyuan，quanbugenghuandaoxiangongchengliangda，touzigao。ruxiatusuoshi：
圖1 報警器幹擾係統結構示意圖
但dan是shi，全quan部bu更geng換huan導dao線xian浪lang費fei大da，工gong程cheng量liang大da，且qie罐guan區qu現xian場chang動dong火huo危wei險xian性xing高gao。因yin此ci需xu要yao摸mo索suo一yi套tao工gong程cheng量liang小xiao的de修xiu補bu方fang案an來lai解jie決jue問wen題ti，保bao護hu前qian期qi投tou資zi。
1、改造方案選擇
方案一：全部更換受幹擾的信號線。重新布槽線盒，更換多線電纜為三芯電纜，每塊一次表單獨一根電纜。
方案二：離現場150米處有一間消防泵房，將20台表的信號線引到泵房，在泵房內安裝一台PAC，轉換為數字信號集中傳送到主操作室，泵房到主操作室隻需要拉一根光纜，形成現場數字通訊係統。
費用概算如下表：
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名稱 |
數量 |
單價 |
合計 |
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工控機 |
1台 |
1.5萬 |
1.5萬 |
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4芯電纜 |
20X150米 |
5.4元 |
1.62萬 |
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敷設槽線盒 |
150米 |
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隔爆箱 |
1個 |
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控製器 |
1台 |
1萬 |
1萬 |
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現場機櫃 |
1台 |
0.8萬 |
0.8萬 |
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光纜 |
580米 |
18元 |
1.044萬元 |
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光電轉換器 |
2個 |
0.2萬 |
0．4萬 |
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人工費 |
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4萬 |
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合計 |
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9萬元 |
評估：因為光纜不怕電磁幹擾，所以不受線間幹擾影響也能解決問題。但泵房環境對PAC提出嚴格安裝條件：出於安全考慮，必須要將數采控製器和卡件置於隔爆箱內。但密封的隔爆箱散熱性能差，夏季高溫可能會超出PAC的工作溫度範圍。
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過二次表轉換，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台共花費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zhong，用yong工gong控kong機ji作zuo為wei上shang位wei機ji顯xian示shi數shu據ju。由you於yu電dian流liu信xin號hao抗kang幹gan擾rao性xing比bi接jie信xin號hao強qiang，再zai加jia上shang數shu采cai控kong製zhi器qi的de濾lv波bo抗kang幹gan擾rao特te性xing，應ying該gai能neng解jie決jue信xin號hao幹gan擾rao問wen題ti。
評估：此方案避免更換電纜的巨大工作量，而且從質的方麵升級了係統，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電流信號的三線製模擬表，仍用原24芯(xin)電(dian)纜(lan)。由(you)於(yu)每(mei)台(tai)一(yi)次(ci)表(biao)由(you)四(si)線(xian)改(gai)為(wei)三(san)線(xian)，則(ze)可(ke)將(jiang)空(kong)餘(yu)出(chu)來(lai)的(de)一(yi)根(gen)電(dian)纜(lan)線(xian)作(zuo)為(wei)屏(ping)蔽(bi)線(xian)進(jin)行(xing)接(jie)地(di)處(chu)理(li)，讓(rang)其(qi)不(bu)要(yao)產(chan)生(sheng)多(duo)餘(yu)的(de)電(dian)荷(he)從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)幹(gan)擾(rao)。
另外，在主操作室加裝1台20A直流穩壓電源來給一次表供電，增大了供電功率，進一步提高了穩定性。
費用概算如下表：
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名稱 |
數量 |
單價 |
合計 |
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工控機 |
1台 |
1.5萬 |
1.5萬 |
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控製器 |
1台 |
1萬 |
1萬 |
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穩壓電源 |
1個 |
0.2萬 |
0．2萬 |
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人工費 |
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1.5萬 |
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合計 |
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4.2萬元 |
評估：此實施方案不用二次表作為顯示設備，節省費用20X0.4萬=8萬元。
2、方案驗證
綜合分析認為，方案四最佳。這套方案不但完全利用了現有的電纜線，還把信號的質量全麵提高了，更重要的是這個方案是節省錢的（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，就隻有按方案一實施改造。
2．1、方案四係統配置
PAC的硬件選用研華公司的PAC控製器ADAM-5550KW，模mo擬ni量liang采cai集ji比bi較jiao多duo，此ci係xi統tong在zai我wo廠chang已yi有you多duo套tao應ying用yong，以yi其qi運yun行xing穩wen定ding成cheng為wei我wo們men的de首shou選xuan產chan品pin。也ye因yin為wei這zhe台tai控kong製zhi器qi的de處chu理li能neng力li比bi較jiao強qiang，為wei將jiang來lai罐guan區qu所suo有you的de儀yi表biao（包括油位、溫度、流量等計量值）改造也做好了係統容量的準備。
由於監控需要人機界麵（HMI）軟件選用開物2000，這是一套國產軟件，在石化行業有較多應用，在我廠也有多套在用，它有專門針對ADAM-5550KW控製器開發的驅動程序。因為研華公司的ADAM-5550KW控製器運行的是WinCE操作係統，所以這次係統改造中我們暫時還是采用一台研華工控機來運行開物2000的組態軟件。待以後有時間時再將組態軟件移植到控製器中運行，直接接顯示器就可以了。這樣能省掉一台工控機的費用。
1、PAC簡介
PAC (Programmable Automation lController，可編程自動化控製器) ，是由ARC谘詢集團的高級研究員Craig Resnick提出的，定義如下:
----具有多重領域的功能，支持在單一平台裏包含邏輯、運動、驅動和過程控製等至少兩種以上的功能。
----單一開發平台上整合多規程的軟件功能如HMI及軟邏輯, 使用通用標簽和單一的數據庫來訪問所有的參數和功能。
---- 軟件工具所設計出的處理流程能跨越多台機器和過程控製處理單元, 實現包含運動控製及過程控製的處理程序。
---- 開放式、模塊化構架，能涵蓋工業應用中從工廠的機器設備到過程控製的操作單元的需求。
----采用公認的網絡接口標準及語言，允許不同供貨商之設備能在網絡上交換資料。
使用軟邏輯PAC控製器的優點：
1、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、數學運算能力
----複雜的控製算法（模糊控製）
----強大的軟件功能，方便增加功能庫
---內嵌的低成本以太網
2、編程軟件：
----多任務架構
----國際通用編程標準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軟邏輯控製器―ADAM-5550KW
----CPU AMDGeode GX533(GX2)
----I/O 能力8槽
----LED 指示燈電源、CPU 和通訊
----內存128 MB DDR SDRAM，帶 512KB電池備份
----1xCompactFlash 卡（內部）
---- 操作係統Windows CE 5.0
----實時時鍾有
²----看門狗定時器有
----通訊協議Modbus/RTU 和 Modbus/TCP
----最多節點數32
---- 媒體帶RJ-45接口的2X 以太網接口
---- 傳輸速率10M/100M bps (10/100 Base-T)
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係統部件 |
功能描述 |
備注 |
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ADAM-5550KW |
控製器 |
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ADAM-5017 |
AI卡 |
8點模擬量輸入，接入一次表4-20mA電流信號 |
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研華610H |
工控機 |
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SIEMENS |
24V直流穩壓電源 |
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現場信號直接連接到AI卡ADAM-5017的端子上，用ADAM-5550KW采集到信號值並進行處理後，將數據放入MODBUS存儲區；采用MODBUS TCP協議傳至工控機，再由開物2000軟件完成圖形顯示。
對ADAM-5550KW編程采用KW-Multiprog開發工具進行PLC程序的編寫，硬件配置簡單明了，如下所示：
圖2 改造後的報警器係統結構示意圖
2.2、方案四應用效果
這套方案通過采用研華PACjiangxianchangyicibiaozhuanhuanweishuzixinhaojizhongchuansongdaozhucaozuoshi，gouchengshuzikangganraoyoushidaitiercibiaowanchengbaojinggongneng。fangantouyonghou，yuanyoudeqiangzaoxinhaobeiyouxiaoyizhi，ganraofudubuchaoguo0.3%，完wan全quan削xue除chu了le誤wu報bao現xian象xiang，增zeng強qiang了le係xi統tong的de可ke靠kao性xing。而er且qie計ji算suan機ji係xi統tong比bi二er次ci表biao的de優you勢shi是shi，數shu據ju顯xian示shi直zhi觀guan精jing確que，並bing有you曆li史shi記ji錄lu功gong能neng，受shou到dao工gong藝yi操cao作zuo人ren員yuan的de普pu遍bian歡huan迎ying。
工控機作為顯示設備，可以接收更多的數據，為將來的儀表擴建提供了寬裕的硬件平台。
工控機的數字量可通過網絡將可燃氣和硫化氫含量值上傳到實時數據庫中。
由此，我們認為方案4，完全滿足了我們的要求，是最佳方案。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
通過運行最新的高科技含量的計算機和控製設備，隻用了少量的投資，就將原有的30萬元的設備盤活了，並從本質上提高了應用效果。而且把改造所需的工程量減到最低。
此項目的成功實施，得到以下經驗：
1、對於儀表專業常遇到的線間幹擾的故障處理，提供了新的解決方式，即改用PAC來轉換信號，排除幹擾。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，對解決現場幹擾提供了避免浪費的修正手段。
2、計(ji)算(suan)機(ji)顯(xian)示(shi)技(ji)術(shu)替(ti)代(dai)二(er)次(ci)表(biao)顯(xian)示(shi)是(shi)科(ke)技(ji)進(jin)步(bu)的(de)必(bi)然(ran)趨(qu)勢(shi)。工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)用(yong)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)可(ke)靠(kao)性(xing)極(ji)高(gao)，不(bu)但(dan)處(chu)理(li)能(neng)力(li)強(qiang)大(da)，顯(xian)示(shi)形(xing)式(shi)靈(ling)活(huo)直(zhi)觀(guan)，並(bing)且(qie)提(ti)供(gong)對(dui)外(wai)的(de)實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)接(jie)口(kou)。這(zhe)使(shi)控(kong)製(zhi)水(shui)平(ping)有(you)了(le)質(zhi)的(de)飛(fei)躍(yue)。
3、本項目中搭建起來的PAC硬軟件係統是一個容量很大的平台，可滿足將來罐區所有的儀表（包括油位、溫度、流量等計量值）改造的需要。為罐區自動化水平的提升作了準備。
參考文獻：
1、ADAM-5550KW Series User’s Manual Ed-1.0.pdf
作者簡介：
高智泉，男，1973年生，1996年畢業於西安石油學院計算機應用專業，獲工學學士學位，高級工程師（/現為中國石油大學控製工程專業在讀碩士研究生）；主要從事自動化控製係統的研究。
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