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分布式數據采集模塊改造油品罐區鋼帶液位、溫度變送器
上傳作者:08:32:39 system

分布式數據采集模塊改造油品罐區鋼帶液位、溫度變送器 
作者:蔡振宇 
摘要:結合作者的實際改造經驗, 介紹了現有罐區浮子鋼帶液位計兩種變送器的測量形式和用分布式采
集模塊改造這兩種變送器的方法,實踐證明,是改造現有老罐區的一種經濟、可靠的辦法。論文具有很
高的實用價值。 
關鍵詞:罐區、浮子鋼帶液位儀表、 分布式采集模塊、格雷碼、單片機 
Making use of the distribute type collects the mold piece 
reforms the oil article bottle District data collects the system 
Summary:Knot  the  cooperator  reforms  physically  experience,  introduce  the 
current an area floats the son steel takes the liquid a diagraph for 
accounting  two  kinds  ofly  changing  sending  machine  form  with  collect  the 
mold  a  method  for  reforming  these  two  kinds  ofly  changing  sending  machine 
with the distribute type, fulfillment proof, is a kind of economy to 
reforms current and old an area, dependable way.The thesis has the very 
high and practical value. 
Key phrase:An area, float the son steel take the liquid an appearance, 
distribute type collects the mold a thunder code, single a machine 
 
石油化工企業在日常的生產設備管理中,為了相關生產裝置安全、平穩的運
作和成品油交接中的計量和經濟核算,對于精確檢測儲罐參數,及時掌握儲罐庫
存,是十分重視的。 在罐區現場需要檢測的生產參數中,儲罐液位參數的檢測
是一項非常重要的工作。同時,儲罐液位參數也是準確計量庫存的前提保證。 
中石油撫順石化分公司石油二廠是東北地區一個大型的煉化企業,目前,包
括我廠在內的石化企業的油品罐區的計算機液位、溫度監控系統大多始建于 90
年代,現場儲罐液位檢測很多采用的是機械鋼帶浮子液位計。由于儀表安裝的時
間比較長, 變送器大多已損壞, 儲罐的液位和溫度信號無法接入操作站的計算機,
罐區生產數據無法采集,整個系統處于癱瘓狀態。 
針對罐區數據采集系統存在的問題,根據罐區現有儀表設備的實際情況,我
們與丹東新創自動化工程有限公司合作,對原系統的儀表進行了改造,在不更換
一次表和最大限度利舊的前提下, 采用新技術改造了鋼帶浮子液位計的變送器部
分,恢復了油品罐區液位、溫度監控系系統。改造后的變送器能可靠、準確的檢
測儲罐液位、溫度,為掌握油品的生產動態,調控指揮生產,避免出現冒頂、抽
空等事故提供了可靠的技術保證。 
一、罐區儀表設備概況 
油品罐區現使用的鋼帶浮子液位計有兩種規格型號; 原羅斯蒙特(Roesmont)
儀表集團所屬的維雷(VAERC)公司的浮子鋼帶液位計和北京第四儀表廠的浮子
鋼帶液位計。浮子鋼帶變送器有 3 種;維雷(VAERC)公司配套本公司浮子鋼帶
液位計使用的原裝液位、 溫度變送器和兩家北京公司生產的的液位、 溫度變送器。  
 
二、儀表改造措施 
鋼帶儀表由浮筒、鋼帶部分和變送器部分等組成。鋼帶儀表的浮筒隨著儲罐液面上下浮動,用機械的旋轉數字碼盤顯示液位高度值,鋼帶浮子液位計的變送
器是把浮筒所處的位置轉換成對應的電信號 (常用的有4~20mA和MS總線通信方
式) ,通過電纜遠傳至終端設備。 
為了節約改造資金, 要恢復整個罐區系統,首先要恢復現場儲罐測量液位、
溫度的數據信號。鋼帶液位計本身比較好修復,由于是機械結構,只是檢查和維
修、更換浮子、鋼絲即可。而修復浮子鋼帶液位計的變送器較為麻煩,變送器由
兩部分構成; 
(1)將浮子鋼帶液位計輸出的和液位相對應的機械或光電轉角位移量信號轉換成數碼信
號的編碼機構,分為機械式和光電式, 
(2)將編碼機構采樣的數碼值,轉換成電信號并輸出的的電路部分。 
    現場大部分變送器的電路部分因感應雷擊和潮濕短路等原因損壞,變送器電路板上
的IC塊型號全部被變送器廠家擦除了,購買當初也沒有給我們留下變送器的技術資料,
甚至連變送器通訊格式也沒有給我廠。現在,北京這兩個廠家也由于種種原因也找不到
了,這就造成變送器不能修復,直接制約了整個恢復進程。 
丹東新創自動化工程有限公司有成功使用PLC 改造鋼帶液位儀表變送器的
經驗。但結合罐區各單元儲罐分布的地理位置狀況,而且改造中,只是采集信號
并不需要控制輸出,那么用PLC改造的鋼帶液位儀表變送器的話,有點大材小用
了,同時,也增加了鋪設電纜的費用。因此,決定不用PLC為硬件基礎改造變送
器,而是利用PLC改造變送器的思路和控制思想,針對變送器的兩種編碼機構的
采樣方式,分別實施了兩種改造措施; 
1)變送器是機械轉角位移量信號轉換成數碼信號的編碼機構的,在這種
變送器中,機械編碼機構—格雷碼盤采用的是 14 位格雷碼來映射浮子鋼帶輸
出的轉角位移量信號,液位變化 1mm 時,對應的 14 位格雷碼只變化一位。由
于受罐區儲罐體積大小和進、出儲罐油品流速等因素影響,儲罐內油品介質的
液位變化是十分緩慢,液位變化±1mm的反應時間都在數秒鐘以上。根據這種
情況, 我們采用臺灣泓格公司的分布式網絡數據采集模塊7053D來采集反應液
體高度變化的格雷碼。模塊要求外部輸入信號的 ON 和 OFF 狀態的反應時間只
要大于或等于5ms就可以被7053D可靠的采集。 儲罐的溫度信號采用該公司的
熱電阻采集模塊7033來采集。  
 
  
 
圖:模塊外觀 
 
將變送器的原電路板完全廢除,將兩個模塊放入變送器的防爆外殼內,采集的兩
種信號通過RS485通訊傳輸,RS485在波特濾為1200時,通訊距離可達1200M,
在信號網絡中加裝中繼器模塊4510或7510還可以來延長數據通訊距離。最后,
將RS-485串行通訊用7520模塊轉換成RS-232標準的電平, 連接到計算機的COM
口。 
      
 
 
 
 
 圖:變送器結構原理圖 
 
2)變送器是光電轉角位移量信號轉換成數碼信號的編碼機構的,我們采用
丹東通博測控有限公司生產的專用的 TOP 模塊采集。模塊采用時下最流行的
MSP430 單片機,結合 ATF1508AS-15 可編程邏輯芯片采集單路 A、B 兩相光電編
碼器數據,其前端經過脈沖擴頻電路進行四倍擴頻(如果采用200分辨率的光電
編碼器可達到 800 分辨率的精度) ,正轉時加計數,反轉時減計數,由于光柵碼
盤旋轉一周產生300個脈沖,而對應鋼帶液位計正好移動300mm,液位每上升或
下降 1 mm 也對應計數器加一或減一。模塊采用 24C02 存貯設定參數。對于溫度
測量還是采用熱電阻采集模塊 7033 來采集。TOP 模塊的網絡通訊采用 75LBC184
芯片,進行RS485數據通信,通訊協議仿照臺灣泓格公司的分布式網絡數據采集
模塊的通訊格式編寫,這樣上位機就能和還具有 IMP706 看門狗電路。可靠性較
高。 
3)采用總線供電方式,對于系統的電源的容量就要求考慮周全一些,要考
慮到放線的距離和電源壓降的關系。 
 
三、系統軟件改造 
改造后的系統軟件采用了國產的優秀組態軟件“組態王6.5” ,軟件工作在
WINDOWS2000操作系統下,系統軟件還可以根據儲運罐區的設備發展情況,具有
擴展系統功能。 
在“組態王6.5”軟件中已經集成了臺灣泓格公司的分布式網絡數據采集模
塊的通訊協議,因為通博測控公司的TOP模塊也是按照泓格公司的通信協議定
做,所以,在軟件中只需定義一種外部設備即可。 
 圖:組態設備配置向導 
對于外部變量采集上來的14位格雷碼,只是一個整數,在軟件的動態聯接
ODBC上添加使用了通博測控公司專門開發的鋼帶儀表格雷碼數據庫,查表得出
格雷碼對應的液位值,只需在外部變量數據改變的命令格式中寫入: 
STRING abc; 
abc="格雷碼="+StrFromint( 記錄體, 10); 
SQLSelect( DeviceID, "表 1", "表",abc, "" ); 
由于是查表得到的數據,液位顯示的精度是較高的,數據不受電路本身的干擾
和轉換的精度損失, 液位精度可達±1  mm, 改造后變送器工作電流; 靜態為12mA,
動態為30mA。變送器本身成為開放式結構,維護和檢測故障都十分簡單和方便。  
 
四、改造后罐區監控系統功能 
主要用于完成五個方面的內容:生產作業、安全保障、操作管理、科學的
生產調度、擴展要求、通訊要求。 
生產作業: 
平時在每個分站操作站上可以實時監視各罐的液位、溫度參數,掌握罐區
的生產工況,定時記錄庫區數據,報警狀態。操作站還可以根據指定的時間間
隔打印當前的庫區生產報表。為提高公司的管理水平打下基礎。 
安全保障: 
可以根據用戶需要設置液位、溫度安全設定值報警功能,杜絕罐區跑冒漏竄
事故的發生。操作站可通過設置多級液位報警檔,監視每個儲罐的收付時液位,
當液位超過設置警戒值及時軟件在操作界面上給予醒目的文字、顏色提示,給出
報警,提醒操作工進行操作。 
操作管理: 
    操作站可以強化操作管理,幫助操作工提高工作責任心,避免因操作失誤引
起的事故。及時提醒操作工完成崗位巡檢。 
   對于系統產生的每一項報警,操作站也均記錄在案,且任何人無權修改,這
樣可以督促操作工及時處理各種報警。一旦出現事故,可以通過報警記錄和操作
記錄迅速明確事故責任,促使操作工提高責任心,讓操作站完成煩瑣枯燥的監督
任務,減輕管理人員的負擔。操作站軟件提供了非常友好的操作界面,給出各種
直觀的操作提示,幫助操作工完成各項功能。操作站的操作界面為全中文界面,
操作工只需簡單培訓即可上崗操作。 
科學的生產調度: 
在生產調度室設置總站——管理站, 總站可各監視10個操作站的工作情況,
掌握全罐區的生產全貌,流程,獲取各種生產參數、報表,提高調度水平和儲罐
利用率,強化管理為全局提供可靠的數據信息,對全罐區進行計量管理。實現全
廠范圍的罐區管理監控一體化。 
擴展要求: 
通過簡單修改軟件和增加采集部分, 即可滿足用戶日后安裝新設備時信號接
入軟件系統的有可能進行的系統功能擴展、升級的潛在要求。 
  
 
 
  圖:酮苯脫蠟罐區操作站軟件界面 
五、結束語 
改造后的變送器運行安全穩定,計量準確、性能可靠,故障率大大減少。同時,
變送器維護變得非常簡單。罐區監控系統的恢復也減輕了儀表工和儲運工的日常
維護量和工作量,大大減輕了工人的勞動強度,取得了良好的經濟和社會效益。 

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