試論化工儲罐自動化改造技術實踐

摘要：文章結合化工儲罐自動化監控系統的改造技術實例，探討了儲罐自動化監控系統的導波雷達物位計、PLC、組態軟件等設置與設計方法，實現了罐區的自動化管理，以此希望該設計思路與方法能夠給予同行業人員有意義的借鑒和參考。

關鍵詞：化工儲罐；自動化改造技術；數據采集；S7-200；導波雷達物位計；PLC 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP206 文章編號：1009-2374（2016）09-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.010

儲罐是化工企業生產、運輸、儲存過程中的重要設備，其具有儲存量大、布置分散、占地面積廣等特點。我國自20世紀90年代初引進液位儀表自動測量技術以來，在儲罐參數測量的精度、保護人員安全、降低勞動強度等方面都有了明顯的提升。但隨著生產經營規模及油品種類的增加，罐區范圍也越來越大，原有的罐區管理方式已不能滿足實時性，升級和改造化工儲罐的監控系統迫在眉睫。

1 化工儲罐的改造技術要求

筆者所在單位共擁有21臺不同儲存容量的儲罐，分別存放硫酸、液堿、硝酸、甲醇、甲苯等。在自動化技術改造前，罐區監控主要由人工巡檢完成，機泵由人工啟動，儲罐存放的物料量無法實時準確地計算。罐區收付液管道大部分未安設質量流量計，人工儲罐、地磅計量數據作為物料收付時的結算依據。在高危區，設有可燃氣體檢測探測器，在值班室安裝報警柜，并由當值人員負責監督報警。

對化工儲罐自動化改造技術的要求如下：由系統采集儲罐的重要數據，如壓力、溫度、液位等，并在監控界面上實時地顯示。機泵要求遠程遙控，并具有緊急狀態時就地操作的功能。由于生產任務緊迫，加之遠程控制閥門的安裝需要火焰切割、焊接等工序，因此暫定主要工藝管道上的遠程控制閥門先預留安裝位置，待后期二次改造。儲罐的收付料流量暫以雷達液位計量、地磅計量為準，其數據要進入控制系統。后期二次改造時，在儲罐加裝物量流量計，實現全自動計量控制，并將可燃氣體的實時采集報警信號，發送至PLC系統，在無人值守時，記錄報警信息，并供日后查詢，實現全自動化管理。

2 自動化系統改造的總體設計

2.1 儲罐監控儀表的設置

根據儲罐的改造技術要求，對儲罐加裝導波雷達、溫度變送器、壓力變送器等儀表，負責采集儲罐內液體所有的數據。本次改造采用的MT-2000型導波雷達物位計，其流量計信號以4～20mA的模擬信號進入系統。在測量時，該裝置幾乎不受任何環境干擾，可以提供長期、穩定的數字量或模擬量的物位信號。

將機泵的開關回路改造成可供自動或人工控制的回路，并在泵房內安裝自控/手動切換控制箱。可燃氣體報警柜的報警輸出信號，以24V開關量的形式輸入系統。

2.2 控制網絡的設置

控制網絡采用的是基于遠程I/O站點的現場總線控制網絡，即遠程I/O站點將以模擬信號的形式采集儲罐儀表信號，并作為整套現場總線控制網絡中的從站，負責與主控制器進行通訊。現場總線控制系統分為五個部分：第一部分是現場傳統型的設備；第二部分是放置于危險區域的防爆遠程I/O站點，負責直接采集儲罐現場信號；第三部分是有現場總線接口（PLC的CPU單元）的控制器；第四部分是I/O站與主控制器的連接附件和現場總線；第五部分是I/O站與現場設備的連接附件和電纜。

2.3 人機交換界面的設置

本系統人機交換截面，是利用MCGS組態軟件，在Windows環境下，快速構造和生成上位機監控系統。通過MCGS組態軟件的驅動程序，其實現與外部設備的數據交換，包括采集數據的接受和發送指令。MCGS的驅動程序包括VB和VC程序設計語言，操作人員通過MCGS組態軟件，可實現對PLC編程，調試、監控廠區內儲罐的實際情況，并可通過該人機交換界面實現歷史數據存儲、查詢、儲罐容量計算、打印等操作。

2.4 PLC控制系統的構成

該系統采用的是西門子S7-200PLC控制系統，集成了一定數字I/O點的CPU（包括CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM）。數字量擴展模塊包含EM221、EM222、EM223；模擬量擴展模塊包含EM231、EM232、EM235；通訊模塊包含EM277、EM241等，可直接與現場I/O點從站連接，并接受從站輸入或向從站輸出0～5V的直流信號。

3 監控系統程序的設定

3.1 系統的控制程序

改造后的儲罐監控系統分為自動和手動兩種操作方式，具體采用哪種工作方式，要在系統啟動前，通過安裝于泵房內的切換按鈕實現，并在切換的同時，將相應的信號輸送到PLC，以調用相對應的子程序。在自動模式下，由S7-200PLC接收各從站采集現場儲罐液位的數字信號，經過程序的計算并得出液位值后，再與主調節器給定的液位值做出比較，得出偏差。在通過兩級PID的調節后，電動調節閥輸出相應的控制量信號，驅動負載以實現液位的精確控制；手動操作，就是由人工來調節儲罐的液位。

控制系統的控制箱內設置了3臺PID控制器，分別控制甲類罐組、酸堿罐組及甲醇罐組。PID的回路采用的是回路表的組態信息和輸入信息，簡化了系統的PID運算。同時為了控制和監視PID的運算，該系統還采用了其中9個主要參數作為判斷控制精確性的依據，這些參數為給定值SPN、過程變量當前值PVN、輸出值MN、過程變量當前值PVN-1、增益KC、積分時間TL、采樣時間TS、積分項前值MX、微分時間TD。PID參數先根據自設定的方式進行整定，再根據實際的情況做出調整。

3.2 數據的采集程序

導波雷達物位計MT-2000按照一定的掃描周期，連續采集有關的模擬量、開關量等數據信號，將運行過程中的參數、輸入輸出狀態、操作信息、異常情況等，利用I/O從站并經過AD轉換后，輸入PLC得出一個16進制的數字，再經過系統的量程和十進制轉換，才能在人機交換顯示屏上顯示出讀數。

3.3 閥門的開關程序

在罐區所有重要管道上的氣動閥門都要有狀態回信，并能夠通過繼電器回路完成開關量輸出點對氣動閥門的開關控制。在上位機MCGS程序中，通過相同狀態下的“不可用”設置，可防止出現與閥門的現有狀態相同的重復性控制命令。例如：當上位機MCGS程序根據閥門的回訊，顯示閥門的當前狀態為“開啟”時，“開閥門”按鈕將顯示失效狀態，操作人員只能點擊“關閥門”按鈕。在每次的操作過程中，系統均會提示二次確認的對話框，以免誤操作。

3.4 罐裝平臺的控制程序

考慮到生產任務緊迫，罐區易燃易爆，無法實施動火處理的原則，在主要工藝管道上，先預留遠程控制閥門的安裝位置，待后期生產淡季時予以二期改造。現階段，浙江嘉興嘉化物流有限公司罐裝平臺進、出料暫行高報（到達某一設定液位高度）、高切（到達設定最高液位高度時，切斷主進料泵）、低報的辦法，并發出聲光報警信號的原則。

二期整改時，將徹底實行罐區的自動計量、自動灌裝的設計。其主要設計思路如下：

在原罐裝的管道上，安裝遠程控制閥門，再將質量累計信號和流量計的流量信號接入到監控系統中。同時，在槽車罐裝管線上，還要安裝一條管徑稍小的管路并加裝遠程控制閥門，以保證計量更為準確，并將閥門的狀態和控制信號接入到PLC系統中。在每次開始灌裝前，都要同時將這兩個閥門打開，當加裝量至設定值時，關閉主閥門，灌裝完畢時，再關閉小閥門。

在上位機MCGS系統中，操作人員可預設灌裝預裝量M0值。開始罐裝前，監控系統將根據檢測到的罐內現有的讀數，與預裝量M0相加得出儲罐的目標值MX。如果設M為監控系統檢測罐內的實時累計量讀數，δ為距離目標值MX的特定值，則當M距離目標值MX為δ時，大閥門將會自動關閉，小閥門繼續灌裝，直到罐量為目標值MX，小閥門關閉，灌裝完成。

3.5 SQL數據庫的查詢

MCGS組態系統提供了訪問SQL數據庫的控件，通過該控件可在MCGS畫面中便捷地訪問和編輯數據庫。通過輸入數據庫的查詢函數，可對篩選數據庫中的相關數據，并由控件中的統計函數，計算最大值、最小值或平均

值等。

罐區監控系統的實時監控數據均儲存在SQL數據庫中，其數據變化是以動畫的形式展現，當啟動查詢程序后，界面將彈出“查詢條件對話框”，輸入查詢條件（自動生成SQL的查詢語句）后，點擊“確認”便可自動生成查詢的數據信息。

3.6 系統的安全保障措施

該系統中的控制箱操作站，實現對整套系統的數據采集、控制操作、狀態監視等功能操作。MCGS組態系統對超出儲罐儲存范圍的量將發出報警，提醒技術人員適當地修改系統的參數。系統還對每一個操作人員進行了權限劃分，實現了分級操作，避免現場操作人員的誤動作。所有I/O模塊都具有硬件和軟件的自診斷功能，模塊與端子分離，其通道與現場的信號相互隔離，以便現場能夠及時更換，縮短監控系統的維護時間。當系統出現故障時，監測信號會持續輸出，將事故的影響降至

最低。

4 結語

化工儲罐監控系統在自動化改造完成后，操作人員可在監控室內實時地查看罐區現場的儀表情況，遠程控制設備的自動開閉，減少了操作人員在重大危險源地檢查的頻率，縮短了停留的時間，降低了事故發生的概率。在現有的化工行業生產經營模式下，從降低成本和安全生產的角度來分析，對化工儲罐自動化監控系統的改造，是一個利國、利民、意義深遠的決策。

參考文獻

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[2] 吳宗之，關磊，劉驥，等.危險化學品重大危險源安全監控通用技術規范（AQ3035-2010）[S].國家安全生產監督管理總局，2010.

作者簡介：余國燕（1974-），男，浙江嘉興嘉化物流有限公司工程師，研究方向：電氣技術、安全管理。

（責任編輯：黃銀芳）