石化廠內(nèi)監(jiān)測有毒氣體裝置的研究

孫楠溪 武佳睿 張春昱

摘 要 在石化廠內(nèi)，伴隨著生產(chǎn)過程而產(chǎn)生的各種各樣的有毒有害氣體對人類的危害問題越來越嚴重。石油化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有毒氣體，對生產(chǎn)安全和環(huán)境保護都造成了巨大的威脅。因此有毒氣體監(jiān)測報警系統(tǒng)在石油化工領(lǐng)域有著廣泛的需求。因此，為了保障人們的生命安全，設(shè)置安全報警系統(tǒng)是十分必要的。本文通過分析某石化公司的監(jiān)控技術(shù)及應用，以為石化廠以及石化裝置提供更安全的保障。

關(guān)鍵詞 石化裝置 有毒氣體 跟蹤監(jiān)控技術(shù)

中圖分類號：X703文獻標識碼：A

0引言

在石化工廠內(nèi)，存在著很多有毒氣體以及可燃性氣體。這些有毒有害氣體充斥在整個工廠內(nèi)，嚴重威脅著人們的生命安全。近幾年來，石化行業(yè)頻頻發(fā)生安全事故，例如，爆炸、火災等。這些事故給人們帶來了極大的傷害，也給石化工廠造成了一定的經(jīng)濟損失。為了給企業(yè)和工作人員的生命安全提供更可靠的保障，石化工廠要隨時監(jiān)測氣體的濃度，將有害氣體的濃度控制在安全范圍內(nèi)。

1系統(tǒng)介紹

該控制系統(tǒng)的核心是采用了PLC三冗余系統(tǒng)，與現(xiàn)場氣體探測器共同組成完整的監(jiān)控模式。該控制系統(tǒng)由多種配置組成，其包括（2？）冗余通信控制器、雙冗余CPU和DO、AI模塊（三冗余）、以及附件配置。其配置數(shù)量都達到了SIL3等級配置的標準，其等級達到SIL3/TUV6。PLC可實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換以及通信（上位DCS和雙冗余RS-485接口間的通信）功能。通過以太網(wǎng)技術(shù)，操作員和工作站彼此間可進行數(shù)據(jù)交換。在現(xiàn)場，用氣體濃度探測器采集氣體濃度，所采集的數(shù)據(jù)信息經(jīng)PLC控制系統(tǒng)整合之后，通過以太網(wǎng)輸出到監(jiān)控計算機。通過監(jiān)控計算機，可以看到現(xiàn)場的情況以及報警提示。

2硬件系統(tǒng)構(gòu)成

2.1內(nèi)設(shè)故障檢測模塊

其內(nèi)部配置采取安全的PLC冗余系統(tǒng)。其系統(tǒng)可實現(xiàn)智能識別故障功能以及自動還原功能。在系統(tǒng)不中斷運行的狀況下，所有智能模塊均可實現(xiàn)維修和更換零件等工作。

2.2現(xiàn)場采集氣體濃度

采集氣體濃度的探測器的電流信號為4-20毫安。其電流信號采用“三取二”表決機制，其經(jīng)隔離柵傳入到三冗余AI卡件。這里的隔離柵是特別定制的，其作用是防止電流短路、防止雷擊、以及保護濾波器件等。為了避免因硬件問題導致系統(tǒng)出現(xiàn)故障，其硬件采取的是分離式結(jié)構(gòu)保護以及無耦合設(shè)計。通道之間各自獨立，其中一個通道若出現(xiàn)問題，其他通道都不會受到影響，能正常運行。

2.3雙CPU處理邏輯任務(wù)

系統(tǒng)采用安全的CPU雙冗余，兩個CPU可以同時運行，其邏輯運算的速度有所提高。系統(tǒng)采用了CPU同步表決機制，若其中一個CPU不能正常運行時，另一個CPU不受影響，可以正常處理邏輯任務(wù)。

2.4輸出

系統(tǒng)的輸出模塊采用的是雙冗余DO模塊（保生產(chǎn)型）。模塊將負載跟OVDC并聯(lián)在一起，這種設(shè)計的優(yōu)點是若線路有一條出現(xiàn)故障，其另一端的二極管特性就發(fā)揮作用。其模塊的控制輸出就是有效輸出。

2.5數(shù)據(jù)處理

通信網(wǎng)絡(luò)是由以太網(wǎng)、工業(yè)交換機和工控機組成，CPU通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了彼此間的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)的處理、顯示等工作最終由工控機來進行。

3軟件程序的設(shè)計

3.1 PLC程序

軟件程序的設(shè)計包含兩部分，分別是PLC程序設(shè)計和上位機程序設(shè)計。在PLC程序設(shè)計中，關(guān)于邏輯程序及組態(tài)的開發(fā)所選用的是Prophecy Machine Edition軟件。該軟件對操作系統(tǒng)有要求，其運行環(huán)境必須是基于微軟公司開發(fā)的Windows操作系統(tǒng)。Prophecy Machine Edition軟件提供的系統(tǒng)是完整的，可自動化解決系統(tǒng)方案。PLC程序由三部分組成，分別為系統(tǒng)的冗余、硬件組態(tài)、主程序塊。

（1）系統(tǒng)的冗余。在GMR Configuration中，采用Prophecy Machine Edition軟件設(shè)置系統(tǒng)的冗余參數(shù)，可對CPU的數(shù)量和類型以及同步數(shù)據(jù)區(qū)間等進行設(shè)置，在機架中，也可對總線控制器的位置進行設(shè)置，還可以對AI模塊和DO模塊的表決方式等信息進行設(shè)置。

（2）硬件組態(tài)。在硬件組態(tài)過程中要完成硬件的組態(tài)功能。在以太網(wǎng)模塊中，該站需設(shè)置一個網(wǎng)絡(luò)地址。在總線控制器中，控制器間的交換數(shù)據(jù)空間要根據(jù)GMR組態(tài)生成的文件進行配置。

（3）主程序塊。主程序塊包含三大功能塊，其主要是對數(shù)據(jù)進行采集、處理和輸出的工作。為了對探測器的當前狀態(tài)進行判斷，以及實現(xiàn)報警提示，采用梯形圖的方式在主程序塊中編寫邏輯。在采集數(shù)據(jù)時，先是讀取數(shù)字，然后經(jīng)一系列的處理，將探測器的電流轉(zhuǎn)換成電壓值。在處理數(shù)據(jù)時，為了判斷探測器的當前狀態(tài)，需將轉(zhuǎn)換成的電壓值設(shè)定高/低報警值。在輸出數(shù)據(jù)時，依據(jù)探測器的動態(tài)狀態(tài)，輸出對應的控制狀態(tài)。

3.2上位機程序

為實現(xiàn)多數(shù)據(jù)的讀入工作，上位機軟件讀取PLC數(shù)據(jù)采用的是數(shù)組方式，通過腳本程序?qū)⑿再|(zhì)相同的多個數(shù)據(jù)以點的方式賦值給對應的程序點。上位機由總貌圖、分布圖（探測器）、查詢功能、系統(tǒng)設(shè)置以及用戶權(quán)限管理構(gòu)成。總貌圖可顯示探測器的信息，包含濃度、單位、量程等。探測器分布圖，直觀的再現(xiàn)了現(xiàn)場的探測器的位置，根據(jù)分布圖能快速的查找到探測器。查詢功能是操作人員可以動態(tài)的查詢到每個探測器的實時歷史報警記錄。

4結(jié)語

綜上可述，該監(jiān)測系統(tǒng)，安全性較高，且系統(tǒng)運行情況正常，能有效的監(jiān)測生產(chǎn)過程中有毒有害氣體的濃度，并實時進行報警，既不影響生產(chǎn)工作，也保證了人們的安全。

參考文獻

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