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分布式数据采集模块改造油品罐区钢带液位、温度变送器
上传作者:08:32:39 system

分布式数据采集模块改造油品罐区钢带液位、温度变送器 
作者:蔡振宇 
摘要:结合作者的实际改造经验, 介绍了现有罐区浮子钢带液位计两种变送器的测量形式和用分布式采
集模块改造这两种变送器的方法,实践证明,是改造现有老罐区的一种经济、可靠的办法。论文具有很
高的实用价值。 
关键词:罐区、浮子钢带液位仪表、 分布式采集模块、格雷码、单片机 
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。同时,储罐液位参数也是准确计量库存的前提保证。 
中石油抚顺石化分公司石油二厂是东北地区一个大型的炼化企业,目前,包
括我厂在内的石化企业的油品罐区的计算机液位、温度监控系统大多始建于 90
年代,现场储罐液位检测很多采用的是机械钢带浮子液位计。由于仪表安装的时
间比较长, 变送器大多已损坏, 储罐的液位和温度信号无法接入操作站的计算机,
罐区生产数据无法采集,整个系统处于瘫痪状态。 
针对罐区数据采集系统存在的问题,根据罐区现有仪表设备的实际情况,我
们与永利国际yl888合作,对原系统的仪表进行了改造,在不更换
一次表和最大限度利旧的前提下, 采用新技术改造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。改造后的变送器能可靠、准确的检
测储罐液位、温度,为掌握油品的生产动态,调控指挥生产,避免出现冒顶、抽
空等事故提供了可靠的技术保证。 
一、罐区仪表设备概况 
油品罐区现使用的钢带浮子液位计有两种规格型号; 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和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、 温度变送器和两家北京公司生产的的液位、 温度变送器。  
 
二、仪表改造措施 
钢带仪表由浮筒、钢带部分和变送器部分等组成。钢带仪表的浮筒随着储罐液面上下浮动,用机械的旋转数字码盘显示液位高度值,钢带浮子液位计的变送
器是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) ,通过电缆远传至终端设备。 
为了节约改造资金, 要恢复整个罐区系统,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。而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。 
永利国际yl888有成功使用PLC 改造钢带液位仪表变送器的
经验。但结合罐区各单元储罐分布的地理位置状况,而且改造中,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,决定不用PLC为硬件基础改造变送
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可靠的采集。 储罐的温度信号采用该公司的
热电阻采集模块7033来采集。  
 
  
 
图:模块外观 
 
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。 
      
 
 
 
 
 图:变送器结构原理图 
 
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。 
3)采用总线供电方式,对于系统的电源的容量就要求考虑周全一些,要考
虑到放线的距离和电源压降的关系。 
 
三、系统软件改造 
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” ,软件工作在
WINDOWS2000操作系统下,系统软件还可以根据储运罐区的设备发展情况,具有
扩展系统功能。 
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。 
 图:组态设备配置向导 
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专门开发的钢带仪表格雷码数据库,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。  
 
四、改造后罐区监控系统功能 
主要用于完成五个方面的内容: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。 
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。 
安全保障: 
可以根据用户需要设置液位、温度安全设定值报警功能,杜绝罐区跑冒漏窜
事故的发生。操作站可通过设置多级液位报警档,监视每个储罐的收付时液位,
当液位超过设置警戒值及时软件在操作界面上给予醒目的文字、颜色提示,给出
报警,提醒操作工进行操作。 
操作管理: 
    操作站可以强化操作管理,帮助操作工提高工作责任心,避免因操作失误引
起的事故。及时提醒操作工完成岗位巡检。 
   对于系统产生的每一项报警,操作站也均记录在案,且任何人无权修改,这
样可以督促操作工及时处理各种报警。一旦出现事故,可以通过报警记录和操作
记录迅速明确事故责任,促使操作工提高责任心,让操作站完成烦琐枯燥的监督
任务,减轻管理人员的负担。操作站软件提供了非常友好的操作界面,给出各种
直观的操作提示,帮助操作工完成各项功能。操作站的操作界面为全中文界面,
操作工只需简单培训即可上岗操作。 
科学的生产调度: 
在生产调度室设置总站——管理站, 总站可各监视10个操作站的工作情况,
掌握全罐区的生产全貌,流程,获取各种生产参数、报表,提高调度水平和储罐
利用率,强化管理为全局提供可靠的数据信息,对全罐区进行计量管理。实现全
厂范围的罐区管理监控一体化。 
扩展要求: 
通过简单修改软件和增加采集部分, 即可满足用户日后安装新设备时信号接
入软件系统的有可能进行的系统功能扩展、升级的潜在要求。 
  
 
 
  图:酮苯脱蜡罐区操作站软件界面 
五、结束语 
改造后的变送器运行安全稳定,计量准确、性能可靠,故障率大大减少。同时,
变送器维护变得非常简单。罐区监控系统的恢复也减轻了仪表工和储运工的日常
维护量和工作量,大大减轻了工人的劳动强度,取得了良好的经济和社会效益。 

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