液氨儲罐遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計

許金寶，侯少雷，杜學蕓

（1.山東能源機械集團安監(jiān)處 山東 新泰 271222；2.山東能源機械集團乾元不銹鋼有限公司 山東 新泰 271222；3.山東能源機械集團大族再制造有限公司 山東 新泰 271222）

液氨是一種無色但帶有刺激性氣味的氣體，易燃、易溶于水[1]，濃度10%以上的氨即屬于毒品法規(guī)定范圍內，并被視為二級毒品。一旦發(fā)生泄漏事故，將對人體和周圍設施產生極大的影響，輕者造成人員傷害和設備損害，重者造成人員傷亡及生產停產事故，后果不堪設想。而液氨儲罐屬于Ⅲ類壓力容器，大容量的液氨儲罐應列為重大危險源的安全管理，是工廠安全監(jiān)察的重點工作、生產中的頭等大事[2]。因此，能否做好液氨儲罐的安全管理和監(jiān)督工作，直接關系到企業(yè)生產的安全、連續(xù)、穩(wěn)定、優(yōu)質和高效[3]。

某不銹鋼生產公司，在生產車間后方50 m處有31.6立方米容積的液氨儲罐，基于液氨儲罐的特殊危險性，公司將此液氨罐列為重大危險源。在生產中配備了緊急事故預防及處理預案，為確保該液氨儲罐的安全及高效，在距其100 m處的水處理操作室內專業(yè)設計了一套液氨罐遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實時在線監(jiān)測液氨罐情況，減少了工作人員巡查液氨罐的次數，節(jié)約了勞動力；一旦氨氣泄露，無需人員靠近便可以知道氨氣濃度，保證了工作人員安全；及時發(fā)短信到相關人員手機上，為高效準確地處置意外發(fā)生的液氨泄漏事故、及時啟動應急預案提供保障。這在很大程度提升了液氨使用的安全系數，大量節(jié)省了液氨儲罐安全維護的人力、物力及時間投入，最大程度的保障了生產安全。

1 系統(tǒng)方案概述

遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過計算機網絡連接各生產或測試現(xiàn)場的數據采集系統(tǒng)，獲取實時數據，然后通過現(xiàn)場信息處理系統(tǒng)對數據進行分析、統(tǒng)計、發(fā)布，使處于監(jiān)控現(xiàn)場之外的用戶實時獲取現(xiàn)場監(jiān)控信息，實現(xiàn)對監(jiān)控現(xiàn)場的遠程調度、指揮決策[4]。該設計方案以水處理操作室為人員監(jiān)控中心[5]，采用西門子S7-200PLC作為軟件控制核心，實現(xiàn)對液氨儲罐工作狀態(tài)的遠程實時監(jiān)控。整套系統(tǒng)機構主要由EM235模擬量模塊、氨氣傳感器、液位傳感器、壓力傳感器、智能信號隔離器、聲光報警器、排風扇、電磁閥、短信發(fā)送模塊等構成，結構設計如圖1所示。

圖1 液氨罐遠程監(jiān)控系統(tǒng)整體結構圖Fig.1 System structure diagram of the liquid ammonia tank remote monitoring

通過EM235模擬量模塊將氨氣傳感器、液位傳感器、壓力傳感器信號轉變?yōu)镻LC可以讀取的數字信號。為保證信號的穩(wěn)定性，在EM235模塊和傳感器之間加入智能信號隔離器；上位機采用組態(tài)王軟件組態(tài)液氨罐遠程監(jiān)控畫面、報警畫面、數據報表、趨勢曲線畫面、短信設置畫面；通訊上采用在工控機上安裝雙串口卡，PLC通過RS485轉RS232轉換器與工控機上雙串口卡相連，建立PC/PPI通訊，西門子短信模塊TC35直接與工控機雙串口卡相連，建立PC/PPI通訊[6]。當氨罐室濃度超標時報警，并在報警的同時彈出報警窗口，進行語音播報，操作室內聲光報警器隨即啟動[7]，同時啟動氨罐室排風扇、噴淋裝置并切斷其他電源，短信發(fā)送模塊TC35分級將短信報送到相關人員手機上[8]。

2 硬件設計

該系統(tǒng)硬件上主要采用西門子系列CPU222 PLC、2個EM235模擬量擴展模塊、4～20 mA智能信號隔離器D1－D6、24 V 開關電源 T1、4 個液氨濃度傳感器 S1、S2、S3、S4，1 個壓力傳感器 S5、1個液位傳感器 S6[9]，報警器 F1，排風扇 K1，電磁閥K2，硬件接線如圖2所示。

圖2 硬件電路連線圖Fig.2 The circuit diagram

2.1 S7-200PLC和EM235模塊

本系統(tǒng)采用西門子 s7－200系列 cpu222 AC/DC/Relay型PLC，該PLC供電電壓為交流220 V，集成8路輸入/6路輸出，輸出為繼電器輸出，自帶通訊擴展口，最多可以擴展7個模塊，能夠滿足系統(tǒng)設計需要。2個EM235模塊連接在PLC后，可以提供8路模擬量輸入，因為傳感器輸出為標準4～20 mA電流信號，所以模塊上的DIP開關設置如表1所示。

表1 EM235模塊DIP開關設置Tab.1 DIP switch settings of EM235 module

2.2 智能信號隔離器

因本監(jiān)控系統(tǒng)設置在水處理操作室，跟氨罐室有一點的距離，為提高信號測量和信號傳輸的準確性，保護PLC及EM235模塊等核心設備的安全，在EM235模塊和傳感器之間增加4～20 mA信號隔離器。

2.3 TC35 GSM模塊

西門子TC35 GSM模塊，自帶RS232通訊接口，與PC機上安裝的雙串口卡直接相連，并且組態(tài)王開發(fā)出了基于西門子Siemens T35短信模塊設備的短消息通知驅動。組態(tài)畫面后可以及時將報警信息通過手機短信及時的發(fā)送到相關的人員手中。

3 軟件設計

西門子PLC采用STEP7 MicroWIN V4.0進行編程，主要是對模擬量采集、計算、比較。以1#濃度采集為例，濃度傳感器量程為0～1 000 PPM，為了取小數點后兩位，需要把VD0里的數乘以100取整后轉換為實數再除以100；為了在組態(tài)王中任意設定報警值，需要在比較指令中給定變量VD4（高報警）和VD8（超高報警），程序如圖3所示。

圖3 給定變量VD4和VD8的程序圖Fig.3 Program chart for given variable VD4 and VD8

上位工控機采用組態(tài)王組態(tài)液氨罐遠程監(jiān)控畫面、報警畫面、數據報表、趨勢曲線畫面、短信設置畫面；為實現(xiàn)數據的交換讀寫，需要新建200PLC設備和TC35短信模塊設備；組態(tài)王中的數據變量要和PLC中的一一對應。為實現(xiàn)運行時在報警畫面可以隨意改變報警界限值，如1#濃度探頭，需要在組態(tài)王中建立和上圖“VD4”、“VD8”對應的變量“濃度 1#高限報警設置V4”和“濃度1#超高限報警設置VD8”，并調用變量的報警域“Hilimit”和“HiHilimit”，并在數據改變命令語言中將“濃度1#高限報警設置=液氨濃度1#.hilimit”。

短信報警分兩級發(fā)送，當濃度高報警時發(fā)短信給班組負責人及相關人員，當濃度為超高報警時發(fā)短信給公司領導及相關人員，短信內容包括報警級別、報警設定值和報警當前值。液氨濃度1#高限報警發(fā)送給3個手機號碼程序如下：

if（\本站點液氨濃度1#.HiStatus==1）

{

\本站點液氨濃度1#高限報警短信內容="液氨濃度高限報警，設定值為"+StrFromReal（\本站點濃度1#高限報警設置，2，"f"） +"PPM"，"當前濃度值為"+StrFromReal（\本站點 液氨濃度 1#，2，"f"） +"PPM"；

\本站點短信發(fā)送=\本站點液氨濃度1#高限報警短信內容；

\本站點短信接受=\本站點高限報警手機號碼1；

\本站點短信發(fā)送成功=0；

\本站點send=1；

\本站點send=0；

\本站點短信接受=\本站點高限報警手機號碼2；

\本站點短信發(fā)送成功=0；

\本站點send=1；

\本站點send=0；

\本站點短信接受=\本站點高限報警手機號碼3；

\本站點短信發(fā)送成功=0；

\本站點send=1；

}

4 結 論

本文從生產實際需要出發(fā)，綜合考慮成本、功能、傳輸速度等多方面因素，專業(yè)設計并應用了該遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實踐證明，該監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾能力強、實用性強、可靠性高，能夠實時顯示、記錄相關數據，并及時發(fā)送短信給相關人員，提高了事故應急處理能力，節(jié)約了勞動力，保證了工廠安全高效運行，另外，文章將PLC、組態(tài)王和TC35短信模塊連接在一起進行開發(fā)設計，對開發(fā)設計監(jiān)控系統(tǒng)的工作人員有一定的參考作用。

[1]宋元寧，許佳，郭洋.國家和行業(yè)標準中液氨儲罐安全設施設置的分析和建議[J].安全，2013（9）:52－53.SONG Yuan-ning，XU Jia，GUO Yang.National and industy marked in liquid ammonia tank safety facilities[J].Security，2013（9）:52－53.

[2]朱曉鵬，林華勇，趙彬.液氨儲罐安全運行與維護管理[J].大氮肥，2008，31（5）:307－310.ZHU Xiao-peng，LIN Hua-yong，ZHAO Bin.Liquid ammonia tank safe operation and maintenance management[J].Creat ammonia Fertilizer，2008，31（5）:307－310.

[3]劉軍.液氨罐區(qū)安全運行問題[J].河北化工，2010，33（2）:55－56.LIUJun.Ammonia tank safe operation issues[J].Hebei Chemical，2010，33（2）:55－56.

[4]張英鵬，劉立平.遠程監(jiān)控系統(tǒng)實時數據發(fā)布技術研究[J].西安科技大學學報，2014，24（4）:474－477.ZHANG Ying-peng，LIU Li-ping.Real tim e data publishing based on remote monitoring and controlling system[J].Journal of Xi’an University of Science and Technology，2014，24（4）:474-477.

[5]烏英嘎，羅中明，于曉霞，等.小型污水廠遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電子設計工程，2012，20（6）:127-129.WU Ying-ga，LUOZhong-ming，YU Xiao-xia，et al.Design of sm all sewage treatment plant remote monitoring system[J].Electronic Design Engineering，2012，20（6）:127-129.

[6]葉丹霞，王家禮.GSM模塊TC35及在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].現(xiàn)代電子技術，2005，（5）:62-67.YE Dan-xia，WANG Jia-li.Application of GSM module TC35 in remote monitor system[J].Modern Electronic Technology，2005（5）:62-67.

[7]劉美，徐小玲，胡映良.基于S3C6410的智能家居系統(tǒng)設計[J].電子設計工程，2014，22（12）:85-88.LIU Mei，XU Xiao-ling，HU Ying-liang.Intelligent household system based on S3C6410[J].Electronic Design Engineering， 2014，22（12）:85-88.

[8]張敬普，鄭均輝.基于手機短消息的無線智能油機監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子設計工程，2012，20（12）:53-56.ZHANG Jing-pu，ZHENG Jun-hui.Intelligent controller system about oil machine based on short message service[J].Electronic Design Engineering，2012，20（12）:53-56.

[9]王黎明，周晉，陳昌龍.GIS微水監(jiān)測濕度傳感器自校驗平臺的設計[J].陜西電力,2012（4）:11-15.WANGLi-ming，ZHOUJin，CHENChang-long.Design of adaptive equipment for humidity sensor of GIS moisture content monitoring[J].Shaanxi Electric Power，2012（4）:11-15.