研華PAC在某可燃氣體報警器項目改造上的應用

　　關鍵字： 信號干擾 PAC系統(tǒng) 抗干擾 改造

1 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：

圖1 報警器干擾系統(tǒng)結構示意圖

　　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。

2 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，每塊一次表單獨一根電纜。

　　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，在泵房內安裝一臺PAC，轉換為數(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。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。

費用概算如下表：

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。

3 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(xiàn)有的電纜線，還把信號的質量全面提高了，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。

3.1 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)定成為我們的首選產(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。

（1）PAC簡介

　　PAC (Programmable Automation lController，可編程自動化控制器) ，是由ARC咨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，支持在單一平臺里包含邏輯、運動、驅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。

　　采用公認的網(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：

a) 強大的PC-BASED 功能：

n 大容量的存儲能力

n 眾多方便、靈活的通訊端口

n 強大的浮點、數(shù)學運算能力

n 復雜的控制算法（模糊控制）

n 強大的軟件功能，方便增加功能庫

n 內嵌的低成本以太網(wǎng)

b) 編程軟件：

n 多任務架構

n 國際通用編程標準IEC61131-3，

n 同時支持五種語言編程：梯形圖、功能塊、ST、IL、SFC等，

n 編程快速上手，無擾切換

PAC軟邏輯控制器—ADAM-5550KW

2 CPU AMDGeode GX533(GX2)

2 I/O 能力8槽

2 LED 指示燈電源、CPU 和通訊

2 內存128 MB DDR SDRAM，帶 512KB電池備份

2 1xCompactFlash 卡（內部）

2 操作系統(tǒng)Windows CE 5.0

2 實時時鐘有

2 看門狗定時器有

2 通訊協(xié)議Modbus/RTU 和 Modbus/TCP

2 最多節(jié)點數(shù)32

2 媒體帶RJ-45接口的2X 以太網(wǎng)接口

2 傳輸速率10M/100M bps (10/100 Base-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MODBUS TCP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：

圖2 改造后的報警器系統(tǒng)結構示意圖

3.2 方案四應用效果

　　這套方案通過采用研華PAC將現(xiàn)場一次表轉換為數(shù)字信號集中傳送到主操作室，構成數(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%，完全削除了誤報現(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)顯示直觀精確，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，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。

4 結束語

　　通過運行最新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(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極高，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。

參考文獻：

1、ADAM-5550KW Series User’s Manual

作者簡介：

　　高智泉，男，1973年生，1996年畢業(yè)于西安石油學院計算機應用專業(yè)，獲工學學士學位，高級工程師（/現(xiàn)為中國石油大學控制工程專業(yè)在讀碩士研究生）；主要從事自動化控制系統(tǒng)的研究。

（轉載）