利用分布式采集模块改造油品罐区数据采集系统
日期：2008-12-15 23:28:42 来源：中国自动化网
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1 引言
中石油抚顺石化分公司石油二厂是东北一个大型的炼油、化工企业。在日常的生产设备管理中，为了相关生产装置安全、平稳的运作和成品油交接中的计量和经济核算，对于精确检测储罐参数，及时掌握储罐库存，是十分重视的。在罐区现场需要检测的生产参数中，储罐液位参数的检测是一项非常重要的工作。通过检测储罐液位，可以掌握生产动态，调控指挥生产，避免出现冒顶、抽空等事故，同时，储罐液位参数也是准确计量库存的前提保证。
2 罐区仪表设备存在的问题
我厂油品罐区的计算机液位、温度监控系统始建于90年代初，当时投资建造罐区监控系统时，可选择的储罐测量液位的仪表种类比较少，没有现在广泛使用的如;雷达、光纤等储罐测量液位用仪表。我厂罐区现场储罐液位检测用一次表，全部采用的是机械钢带浮子液位计。这类仪表的共同点是它由浮筒、钢带部分和变送器部分等组成。浮筒随着储罐液面上下浮动，就地用码盘显示液位高度值，安装钢带浮子液位计的变送器，可以把浮筒所处的位置转换成对应的电信号(常用的有4~20mA和MS总线通信方式，我厂采用的变送器是MS总线通信方式)，通过电缆远传至终端设备。
由于仪表安装的时间比较长，浮子钢带液位计的变送器部分90%已损坏，造成储罐的液位和温度信号无法接入操作站的计算机，罐区生产数据无法自动采集，整个系统基本处于瘫痪状态。针对罐区原系统存在的问题，根据罐区现有仪表设备的实际情况，我们与丹东通博测控有限公司合作，对原系统进行了改造，在不更换一次表的前提下，利用新技术更换了钢带浮子液位计的变送器部分，恢复了油品罐区液位、温度监控系系统。
3 罐区仪表设备概况
我厂油品罐区现使用的钢带浮子液位计有两种规格型号;
(1) 原罗斯蒙特(Roesmont)仪表集团所属的维雷(VAERC)公司的浮子钢带液位计。
(2) 原北京第四仪表厂的浮子钢带液位计。
浮子钢带变送器有3种:维雷(VAERC)公司配套本公司浮子钢带液位计使用的原装液位、温度变送器，两家北京公司生产的配套原北京第四仪表厂和维雷(VAERC)公司生产的浮子钢带液位计使用的液位、温度变送器。
4 改造措施
为了节约改造资金，根据我厂实际情况，现场一次表仍旧使用浮子钢带液位计。要恢复整个罐区系统，那么首先要恢复现场储罐测量液位、温度的数据信号。钢带液位计本身比较好修复，由于是机械结构，只是检查和维修、更换浮子、钢丝即可。
修复浮子钢带液位计的变送器较为麻烦，变送器由两部分构成:(1)将浮子钢带液位计输出的和液位相对应的机械或光电转角位移量信号转换成数码信号的编码机构，分为机械式和光电式;(2)将编码机构采样的数码值，转换成电信号并输出的的电路部分。
现场大部分变送器的电路部分因感应雷击和潮湿短路等原因损坏，变送器电路板上的IC块型号全部被变送器厂家擦除了，购买当初也没有给我们留下变送器的技术资料，甚至连变送器通讯格式也没有给我厂。现在，北京这两个厂家也由于种种原因也找不到了，这就造成变送器不能修复，直接制约了整个恢复进程。
丹东通博测控有限公司有成功使用PLC改造钢带液位仪表变送器的经验，但结合我厂储运车间罐区各单元储罐分布的地理位置状况，而且在本次改造中，我们只是采集信号并不需要控制输出，那么用PLC改造的钢带液位仪表变送器的话，有点大材小用了，同时，也增加了铺设电缆的费用。因此，我们决定不用PLC改造变送器，而是利用PLC改造变送器的思路和控制思想，针对变送器的两种编码机构的采样方式，分别实施了两种改造措施:
(1) 变送器是机械转角位移量信号转换成数码信号的编码机构的，在这种变送器中，机械编码机构—格雷码盘采用的是14位格雷码来映射浮子钢带输出的转角位移量信号，液位变化1mm时，对应的14位格雷码只变化一位。由于受罐区储罐体积大小和进、出储罐油品流速等因素影响，储罐内油品介质的液位变化是十分缓慢，液位变化±1mm的反应时间都在数秒钟以上。根据这种情况，我们采用台湾泓格公司的分布式网络数据采集模块7053D来采集反应液体高度变化的格雷码。模块要求外部输入信号的ON和OFF状态的反应时间只要大于或等于5ms就可以被7053D可靠采集。储罐的温度信号采用该公司热电阻采集模块7033来采集。模块外观如图1所示。
将变送器的原电路板完全废除，将两个模块放入变送器的防爆外壳内，采集的两种信号通过RS485通讯传输，RS485在波特滤为1200时，通讯距离可达1200M，在信号网络中加装中继器模块4510或7510还可以来延长数据通讯距离。最后，将RS-485串行通讯用7520模块转换成RS-232标准的电平，连接到计算机的COM口。结构原理如图2所示:
(2) 变送器是光电转角位移量信号转换成数码信号的编码机构的，我们采用丹东通博测控有限公司生产的专用的TOP模块采集。模块采用时下最流行的MSP430单片机，结合ATF1508AS-15可编程逻辑芯片采集单路A、B两相光电编码器数据，其前端经过脉冲扩频电路进行四倍扩频(如果采用200分辨率的光电编码器可达到800分辨率的精度)，正转时加计数，反转时减计数，由于光栅码盘旋转一周产生300个脉冲，而对应钢带液位计正好移动300mm，液位每上升或下降1 mm也对应计数器加一或减一。模块采用24C02存贮设定参数。对于温度测量还是采用热电阻采集模块7033来采集。TOP模块的网络通讯采用75LBC184芯片，进行RS485数据通信，通讯协议仿照台湾泓格公司的分布式网络数据采集模块的通讯格式编写，这样上位机就能和还具有IMP706看门狗电路。可靠性较高。
5 系统软件
运行在WINDOWS2000下，系统软件可以根据我厂储运罐区的设备发展情况，扩展系统功能。
改造后的系统软件采用了国产的优秀组态软件“组态王6.5”，系统工作在WINDOWS2000操作系统下，在“组态王6.5”软件中已经集成了台湾泓格公司的分布式网络数据采集模块的通讯协议，因为通博测控公司的TOP模块也是按照泓格公司的通信协议定做，所以，在软件中只需定义一种外部设备即可，对于外部变量采集上来的14位格雷码，只是一个整数，在软件的动态联接ODBC上添加使用了通博测控公司开发的专用仪表格雷码数据库，查表得出格雷码对应的液位值，只需在外部变量数据改变的命令格式中写入:
STRING abc;
abc="格雷码="+StrFromint( 记录体, 10);
SQLSelect( DeviceID, "表1", "表",abc, "" );
由于是查表得到的数据，液位显示的精度是较高的，数据不受电路本身的干扰和转换的精度损失，液位精度可达±1 mm，改造后变送器工作电流;静态为12mA，动态为30mA。变送器本身成为开放式结构，维护和检测故障都十分简单和方便。
6 改造后罐区监控系统功能
主要用于完成五方面的内容:生产作业、安全保障、操作管理、科学的生产调度、扩展要求、通讯要求。操作站软件界面如图3所示。
生产作业:平时在每个分站操作站上可以实时监视各罐的液位、温度参数，掌握罐区的生产工况，定时记录库区数据，报警状态。操作站还可以根据指定的时间间隔打印当前的库区生产报表。为提高公司的管理水平打下基础。
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中石油抚顺石化分公司石油二厂是东北一个大型的炼油、化工企业。在日常的生产设备管理中，为了相关生产装置安全、平稳的运作和成品油交接中的计量和经济核算，对于精确检测储罐参数，及时掌握储罐库存，是十分重视的。在罐区现场需要检测的生产参数中，储罐液位参数的检测是一项非常重要的工作。通过检测储罐液位，可以掌握生产动态，调控指挥生产，避免出现冒顶、抽空等事故，同时，储罐液位参数也是准确计量库存的前提保证。
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2 罐区仪表设备存在的问题
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我厂油品罐区的计算机液位、温度监控系统始建于90年代初，当时投资建造罐区监控系统时，可选择的储罐测量液位的仪表种类比较少，没有现在广泛使用的如;雷达、光纤等储罐测量液位用仪表。我厂罐区现场储罐液位检测用一次表，全部采用的是机械钢带浮子液位计。这类仪表的共同点是它由浮筒、钢带部分和变送器部分等组成。浮筒随着储罐液面上下浮动，就地用码盘显示液位高度值，安装钢带浮子液位计的变送器，可以把浮筒所处的位置转换成对应的电信号(常用的有4~20mA和MS总线通信方式，我厂采用的变送器是MS总线通信方式)，通过电缆远传至终端设备。
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由于仪表安装的时间比较长，浮子钢带液位计的变送器部分90%已损坏，造成储罐的液位和温度信号无法接入操作站的计算机，罐区生产数据无法自动采集，整个系统基本处于瘫痪状态。针对罐区原系统存在的问题，根据罐区现有仪表设备的实际情况，我们与丹东通博测控有限公司合作，对原系统进行了改造，在不更换一次表的前提下，利用新技术更换了钢带浮子液位计的变送器部分，恢复了油品罐区液位、温度监控系系统。
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3 罐区仪表设备概况
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我厂油品罐区现使用的钢带浮子液位计有两种规格型号;
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(1) 原罗斯蒙特(Roesmont)仪表集团所属的维雷(VAERC)公司的浮子钢带液位计。
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(2) 原北京第四仪表厂的浮子钢带液位计。
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浮子钢带变送器有3种:维雷(VAERC)公司配套本公司浮子钢带液位计使用的原装液位、温度变送器，两家北京公司生产的配套原北京第四仪表厂和维雷(VAERC)公司生产的浮子钢带液位计使用的液位、温度变送器。
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4 改造措施
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为了节约改造资金，根据我厂实际情况，现场一次表仍旧使用浮子钢带液位计。要恢复整个罐区系统，那么首先要恢复现场储罐测量液位、温度的数据信号。钢带液位计本身比较好修复，由于是机械结构，只是检查和维修、更换浮子、钢丝即可。
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修复浮子钢带液位计的变送器较为麻烦，变送器由两部分构成:(1)将浮子钢带液位计输出的和液位相对应的机械或光电转角位移量信号转换成数码信号的编码机构，分为机械式和光电式;(2)将编码机构采样的数码值，转换成电信号并输出的的电路部分。
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现场大部分变送器的电路部分因感应雷击和潮湿短路等原因损坏，变送器电路板上的IC块型号全部被变送器厂家擦除了，购买当初也没有给我们留下变送器的技术资料，甚至连变送器通讯格式也没有给我厂。现在，北京这两个厂家也由于种种原因也找不到了，这就造成变送器不能修复，直接制约了整个恢复进程。
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丹东通博测控有限公司有成功使用PLC改造钢带液位仪表变送器的经验，但结合我厂储运车间罐区各单元储罐分布的地理位置状况，而且在本次改造中，我们只是采集信号并不需要控制输出，那么用PLC改造的钢带液位仪表变送器的话，有点大材小用了，同时，也增加了铺设电缆的费用。因此，我们决定不用PLC改造变送器，而是利用PLC改造变送器的思路和控制思想，针对变送器的两种编码机构的采样方式，分别实施了两种改造措施:
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(1) 变送器是机械转角位移量信号转换成数码信号的编码机构的，在这种变送器中，机械编码机构—格雷码盘采用的是14位格雷码来映射浮子钢带输出的转角位移量信号，液位变化1mm时，对应的14位格雷码只变化一位。由于受罐区储罐体积大小和进、出储罐油品流速等因素影响，储罐内油品介质的液位变化是十分缓慢，液位变化±1mm的反应时间都在数秒钟以上。根据这种情况，我们采用台湾泓格公司的分布式网络数据采集模块7053D来采集反应液体高度变化的格雷码。模块要求外部输入信号的ON和OFF状态的反应时间只要大于或等于5ms就可以被7053D可靠采集。储罐的温度信号采用该公司热电阻采集模块7033来采集。模块外观如图1所示。
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将变送器的原电路板完全废除，将两个模块放入变送器的防爆外壳内，采集的两种信号通过RS485通讯传输，RS485在波特滤为1200时，通讯距离可达1200M，在信号网络中加装中继器模块4510或7510还可以来延长数据通讯距离。最后，将RS-485串行通讯用7520模块转换成RS-232标准的电平，连接到计算机的COM口。结构原理如图2所示:WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
(2) 变送器是光电转角位移量信号转换成数码信号的编码机构的，我们采用丹东通博测控有限公司生产的专用的TOP模块采集。模块采用时下最流行的MSP430单片机，结合ATF1508AS-15可编程逻辑芯片采集单路A、B两相光电编码器数据，其前端经过脉冲扩频电路进行四倍扩频(如果采用200分辨率的光电编码器可达到800分辨率的精度)，正转时加计数，反转时减计数，由于光栅码盘旋转一周产生300个脉冲，而对应钢带液位计正好移动300mm，液位每上升或下降1 mm也对应计数器加一或减一。模块采用24C02存贮设定参数。对于温度测量还是采用热电阻采集模块7033来采集。TOP模块的网络通讯采用75LBC184芯片，进行RS485数据通信，通讯协议仿照台湾泓格公司的分布式网络数据采集模块的通讯格式编写，这样上位机就能和还具有IMP706看门狗电路。可靠性较高。
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5 系统软件
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改造后的系统软件采用了国产的优秀组态软件“组态王6.5”，系统工作在WINDOWS2000操作系统下，在“组态王6.5”软件中已经集成了台湾泓格公司的分布式网络数据采集模块的通讯协议，因为通博测控公司的TOP模块也是按照泓格公司的通信协议定做，所以，在软件中只需定义一种外部设备即可，对于外部变量采集上来的14位格雷码，只是一个整数，在软件的动态联接ODBC上添加使用了通博测控公司开发的专用仪表格雷码数据库，查表得出格雷码对应的液位值，只需在外部变量数据改变的命令格式中写入:
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STRING abc;
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abc="格雷码="+StrFromint( 记录体, 10);
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SQLSelect( DeviceID, "表1", "表",abc, "" );
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由于是查表得到的数据，液位显示的精度是较高的，数据不受电路本身的干扰和转换的精度损失，液位精度可达±1 mm，改造后变送器工作电流;静态为12mA，动态为30mA。变送器本身成为开放式结构，维护和检测故障都十分简单和方便。
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生产作业:平时在每个分站操作站上可以实时监视各罐的液位、温度参数，掌握罐区的生产工况，定时记录库区数据，报警状态。操作站还可以根据指定的时间间隔打印当前的库区生产报表。为提高公司的管理水平打下基础。
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