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前言

    總廠液化氣罐區原有監測儀表為大連自動化儀表五廠的鋼帶液位計，這種表傳動部件較多，容易發生故障，檢測進度低，早在三年前就已經處于全面癱瘓狀態，廢棄不用，工藝操作工只能一趟趟跑現場觀察玻璃板指示，玻璃板液位計由于安裝在現場，風吹日曬雨林，工作環境差，壽命比較短暫，且液面不宜看清，給工藝人員操作帶來極大不便，也存在安全方面的隱患，加上2002年我廠氣聚裝置的投產，需液化氣罐區付原料，所以液化氣罐區儀表改造刻不容緩。

一、 系統概述

    液化氣灌區原安裝的鋼帶液位計及監控系統已不符合儲運專業工藝技術和安全的要求，因此進行儀表自控改造。液化氣球罐設遠傳液位計采用E+H伺服液位計，信號遠傳至控制室計算機顯示，就地液位計采用磁浮子，同時采用隔爆型液體音叉限位開關對球罐進行高低液位硬報警，報警信號遠傳至控制室的PLC系統進行連鎖控制。每個罐底部設有啟動緊急切斷球閥，與球罐的高低液位報警聯動，由控制室的PLC系統進行控制，實現自動緊急切斷，同時閥門的回訊進PLC系統,并在計算機內顯示。球罐底部設手動緊急切斷閥，罐口排污閥和常用操作閥的狀態回訊，信號通過MPI協議接口進計算機顯示，球罐頂部壓力信號通過研華模擬輸入卡進計算機顯示。罐底可燃氣體報警監測系統，檢測信號進控制室的可燃氣體報警系統二次表顯示報警。

二、系統構成

    液化氣罐區監控系統中，現場儀表測量參數液位、壓力、溫度PLC采用西門子S7-300，監控軟件采用WinCC(Windows Control Center)工業控制軟件。其系統構成圖如下：

三、 系統工作原理及實現

    a) 伺服液位計的工作原理和測量方法

    Proservo  NMS530儲罐液位計的測量是基于浮力平衡的原理，微伺服電機驅動體積較小的浮子，使其精確地測出液體液位。測量浮子通過測量鋼絲被懸掛在儀表外殼內，而測量鋼絲纏繞在精密加工過的輪鼓上。由磁偶力矩驅動輪鼓，輪鼓與電氣部分被儀表外殼完全隔離。外磁鐵被固定在線輪鼓內，并與固定在驅動電機上的內磁鐵耦合在一起。當內磁鐵旋轉，通過磁偶力矩的作用，引起外磁鐵旋轉，從而使輪鼓整體轉動。浮子作用于細鋼絲上的重力在外磁鐵上產生力矩，從而引起磁通量的變化。輪鼓組件間的磁通量變化通過內磁鐵上的電磁傳感器進行控制。驅動電機驅動輪鼓，使得磁通量變化引起的電壓與操作命令給出的參考電壓相等。當浮子低于液體表面或接觸液面時，由于受浮力的作用，浮子的重量減小，其結果是磁偶力矩被改變，改變量由五對帶有溫度補償的霍爾檢測元件檢測出該信號－浮子位置指令－被送入電機控制電路。當液位上升或下降，浮子的位置由驅動電機進行調節，通過測量鋼絲輪鼓的旋轉可精確地計算出液位值。

    b) S7-300 PLC的配置性能

    德國西門子S7-300PLC可編程控制器作為下位機來實現所有信號的采集、運算、調節。其特點：模塊化，無排風結構，易于實現分布，運行可靠。性價比高。總體配置如下：

    i. 中央處理模塊（CPU）： 選用CPU312，內存RAM可擴展到64K；
    ii. 數字量輸入模塊（DI）: 選用SM321共2塊處理32點發們回訊輸入信號；
    iii. 數字量輸入模塊（DO）: 選用SM322,1塊處理8點切斷球閥輸出信號；
    iv. 模擬量輸入模塊（AI）: 選用SM331,共2塊，處理16點輸入信號。

    模擬輸入具有兩線制變送器供電功能，所有I/O信號均有本安卡件供選擇，所有模塊均有完善的自診斷功能，傳感器斷線監測功能，在線插拔功能，保證了系統安全、長時間運行，提高了系統的可用性和可維護性。

    c) 系統軟件

    控制系統在WIN NT4.0環境下運行，組態軟件為STEP V 5.0及WinCC。WinCC是一個開放的SCADA軟件，它被用來在生產和過程自動化中進行圖形顯示和完成控制任務。WinCC提供了圖形顯示、信息處理、存檔和報表生成等功能模塊。WinCC的控制采用的是圖形界面，其主要有以下幾部分組成：

    1、 計算機：所有的工作站和服務器的屬性設置和工程分配。

    2、 標簽管理：在WINCC中，用于和各種內部設備及外部設備交換數據信息的變量稱為標簽變量式標簽。存儲在PLC內存單元中的標簽稱外部標簽。存儲在WINCC內部的標簽稱為內部標簽。所有的通道，邏輯連接、過程、內外部標簽和標簽組的管理都在這里進行。通過標簽管理器，WINCC的各個功能塊才能聯系起來成為一個功能強大的整體。

    3、 數據類型：WINCC內部預先放置了上些常用的基本數據類型，如位型、字符型、整型、浮點型和原始數據型。

    4、 編輯器：WINCC提供了許多編輯器來完成強大的功能，如圖形設計器，全面腳本編輯器、報警記錄、標簽存檔編輯器、報表設計器、用戶管理站和文本圖書館。這些模塊都是WINCC系統基本組成部分。WINCC驅動程序與下位機S7－300PLC進行數據通訊，包括數據采集和發送數據指令，下位S7－300PLC則通過CP5611卡與上位計算機進行數據交換，傳播速率187.5Kbps，每一個驅動程序都是一個COM對象，這種方式使通訊程序和軟件構成一個完整的系統，保證了系統高效率地運行。

    S7－300PLC軟件STEP下啟動SIMATIC管理器，（中央窗口）自動生成一個項目。項目結構用來以一定的順序保存和排列所有數據和程序。在項目中，包括SIMAIC站和CPU組態和硬件的參數數據。S7程序包括了所有的塊，塊中有控制機器所需的程序，STEP　7可以S7－300PLC的硬件配置如CPU類型，并輸入/輸出卡件類型數目等。在STEP7中可以用標準語言梯形邏輯（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）生成S7程序。SIMATIC管理器完所有的硬件和S7程序后，按照一定步驟，下載程序到S7－300PLC，并監視其硬件。在STEP7中，CPU循環處理S7程序。CPU一行一行地送入并執行程序命令，當CPU返回到第一條程序時，它已完成一個循環，所需的時間即掃描循環時間。

    d) S7－300、PCL813與WINCC之間的信號通訊

    根據油氣專業工藝技術要求每個液化氣罐區的監控系統必須能同時監視液位、壓力、溫度。緊急情況下能夠切斷進罐流程及閥的回訊顯示。S7－300PLC模擬量輸入模塊接收現場來的液位信號，數字量輸出模塊現場切斷閥輸出開/關信號，數字量輸入模塊現場來的液位音叉開關報警輸出和閥位回訊信號，所有采集來的信號經進CPU312轉換運算處理，通過CP5611卡與STEP7軟件進行通訊。在SIMATIC管理器中，定義了液位變量（浮點數變量），閥位回訊，液位高低限報警輸出，切斷閥輸出（二進制變量）。壓力信號通過調理卡IPC32把來自現場4－20mA轉換成PCL813能接受的1－5V信號。利用VB的通信控件（MSComm）時間定時器控件（TIME）和PCL813卡的驅動程序實現與PCL813之間的通訊。在SIMATIC管理器中建立WIMDOW　DDE變量（Pt101－Pt108），它們是浮點數64位變量。WINCC中的圖形編輯器，組態罐區流程圖總貌，并與建立的變量作相應的動態連接。程序調試完成，激活此項目，應用程序正常運行，流程圖總貌窗口出現。

四、應用情況

    改造前原液化氣灌區監控系統，工藝操作人員看不到實際液位，每隔一定時間必須到現場觀看玻璃板實際液位，給液化氣交接工作帶來麻煩，大大加強工人的勞動強度，給安全生產帶來一定的隱患。改造后，工藝操作人員坐在值班室計算機前，可以看到每個液化氣罐的實際液位，在緊急情況下，通過手動切斷現場進料閥，保證液化氣罐區的安全生產，大大方便液化氣罐的交接工作，大大降低工人的勞動強度。