研華PAC在某可燃氣體報警器項目改造上的應用

0、引言

GDS(有毒有害氣體檢測系統)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(chǎng)里起著(zhù)舉足輕重的作用。目前多采用二次表-報警器進(jìn)行報警顯示。

某罐區有可燃氣體報警器10臺，硫化氫(H2S)報警器10臺，由于導線(xiàn)距離長(cháng)，且采用的是24芯電纜，在線(xiàn)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(wú)法正常使用。

由于罐區覆蓋面積大，所以信號導線(xiàn)多且雜，而且與220V儀表供電線(xiàn)敷設在同一槽線(xiàn)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(xiàn)不是屏蔽導線(xiàn)，且沒(méi)有為它單獨敷設槽線(xiàn)盒，是導致問(wèn)題的根本原因。由于現場(chǎng)不能準確判定干擾源，全部更換導線(xiàn)工程量大，投資高。如下圖所示：

圖1 報警器干擾系統結構示意圖

但是，全部更換導線(xiàn)浪費大，工程量大，且罐區現場(chǎng)動(dòng)火危險性高。因此需要摸索一套工程量小的修補方案來(lái)解決問(wèn)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(xiàn)。重新布槽線(xiàn)盒，更換多線(xiàn)電纜為三芯電纜，每塊一次表單獨一根電纜。

方案二：離現場(chǎng)150米處有一間消防泵房，將20臺表的信號線(xiàn)引到泵房，在泵房?jì)劝惭b一臺PAC，轉換為數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，形成現場(chǎng)數字通訊系統。

費用概算如下表：

評估：因為光纜不怕電磁干擾，所以不受線(xiàn)間干擾影響也能解決問(wèn)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(huì )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(guò)二次表轉換，且顯示為接點(diǎn)信號，不易觀(guān)察具體報警值，很不直觀(guān)。

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(wàn)元。同時(shí)，不用二次表顯示，模擬信號直接通過(guò)原24芯電纜進(jìn)入主操作室，接入PAC中，用工控機作為上位機顯示數據。由于電流信號抗干擾性比接信號強，再加上數采控制器的濾波抗干擾特性，應該能解決信號干擾問(wèn)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，大大提高了測量的可靠性和自動(dòng)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(xiàn)制模擬表，仍用原24芯電纜。由于每臺一次表由四線(xiàn)改為三線(xiàn)，則可將空余出來(lái)的一根電纜線(xiàn)作為屏蔽線(xiàn)進(jìn)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直流穩壓電源來(lái)給一次表供電，增大了供電功率，進(jìn)一步提高了穩定性。

費用概算如下表：

評估：此實(shí)施方案不用二次表作為顯示設備，節省費用20X0.4萬(wàn)=8萬(wàn)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(xiàn)，還把信號的質(zhì)量全面提高了，更重要的是這個(gè)方案是節省錢(qián)的(8-4.2=3.8萬(wàn)元)。但其有效性需要實(shí)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(wèn)題，用隔爆箱則帶來(lái)散熱問(wèn)題。

其它三種方案都無(wú)法解決問(wèn)題時(shí)，就只有按方案一實(shí)施改造。

2.1、方案四系統配置

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，此系統在我廠(chǎng)已有多套應用，以其運行穩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(lái)罐區所有的儀表(包括油位、溫度、流量等計量值)改造也做好了系統容量的準備。

由于監控需要人機界面(HMI)軟件選用開(kāi)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(chǎng)也有多套在用，它有專(zhuān)門(mén)針對ADAM-5550KW控制器開(kāi)發(fā)的驅動(dòng)程序。因為研華公司的ADAM-5550KW控制器運行的是WinCE操作系統，所以這次系統改造中我們暫時(shí)還是采用一臺研華工控機來(lái)運行開(kāi)物2000的組態(tài)軟件。待以后有時(shí)間時(shí)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(jiǎn)介

PAC (Programmable Automation lController，可編程自動(dòng)化控制器) ，是由ARC咨詢(xún)集團的高級研究員Craig Resnick提出的，定義如下:

具有多重領(lǐng)域的功能，支持在單一平臺里包含邏輯、運動(dòng)、驅動(dòng)和過(guò)程控制等至少兩種以上的功能。

單一開(kāi)發(fā)平臺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(lái)訪(fǎng)問(wèn)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臺機器和過(guò)程控制處理單元, 實(shí)現包含運動(dòng)控制及過(guò)程控制的處理程序。

開(kāi)放式、模塊化構架，能涵蓋工業(yè)應用中從工廠(chǎng)的機器設備到過(guò)程控制的操作單元的需求。

采用公認的網(wǎng)絡(luò )接口標準及語(yǔ)言，允許不同供貨商之設備能在網(wǎng)絡(luò )上交換資料。

使用軟邏輯PAC控制器的優(yōu)點(diǎn)：

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(diǎn)、數學(xué)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

內嵌的低成本以太網(wǎng)

2、編程軟件：

多任務(wù)架構

國際通用編程標準IEC61131-3，

同時(shí)支持五種語(yǔ)言編程：梯形圖、功能塊、ST、IL、SFC等，

編程快速上手，無(wú)擾切換

PAC軟邏輯控制器—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)

操作系統Windows CE 5.0

實(shí)時(shí)時(shí)鐘有

看門(mén)狗定時(shí)器有

通訊協(xié)議Modbus/RTU 和 Modbus/TCP

最多節點(diǎn)數32

媒體帶RJ-45接口的2X 以太網(wǎng)接口

傳輸速率10M/100M bps (10/100 Base-T)

現場(chǎng)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(jìn)行處理后，將數據放入MODBUS存儲區;采用MODBUS TCP協(xié)議傳至工控機，再由開(kāi)物2000軟件完成圖形顯示。

對ADAM-5550KW編程采用KW-Multiprog開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行PLC程序的編寫(xiě)，硬件配置簡(jiǎn)單明了，如下所示：

圖2 改造后的報警器系統結構示意圖

2.2、方案四應用效果

這套方案通過(guò)采用研華PAC將現場(chǎng)一次表轉換為數字信號集中傳送到主操作室，構成數字抗干擾優(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(guò)0.3%，完全削除了誤報現象，增強了系統的可靠性。而且計算機系統比二次表的優(yōu)勢是，數據顯示直觀(guān)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，可以接收更多的數據，為將來(lái)的儀表擴建提供了寬裕的硬件平臺。

工控機的數字量可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將可燃氣和硫化氫含量值上傳到實(shí)時(shí)數據庫中。

由此，我們認為方案4，完全滿(mǎn)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(mǎn)地解決了問(wèn)題。

3、小結

通過(guò)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(wàn)元的設備盤(pán)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最低。

此項目的成功實(shí)施，得到以下經(jīng)驗：

1、對于儀表專(zhuān)業(yè)常遇到的線(xiàn)間干擾的故障處理，提供了新的解決方式，即改用PAC來(lái)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(guò)程中的濾噪功能相當有效，對解決現場(chǎng)干擾提供了避免浪費的修正手段。

2、計算機顯示技術(shù)替代二次表顯示是科技進(jìn)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(guān)，并且提供對外的實(shí)時(shí)數據接口。這使控制水平有了質(zhì)的飛躍。

3、本項目中搭建起來(lái)的PAC硬軟件系統是一個(gè)容量很大的平臺，可滿(mǎn)足將來(lái)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(dòng)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