石化廠內(nèi)監(jiān)測(cè)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(guò)程而產(chǎn)生的各種各樣的有毒有害氣體對(duì)人類的危害問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。石油化工生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有毒氣體，對(duì)生產(chǎn)安全和環(huán)境保護(hù)都造成了巨大的威脅。因此有毒氣體監(jiān)測(cè)報(bào)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(bào)警系統(tǒng)是十分必要的。本文通過(guò)分析某石化公司的監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)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(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(gè)工廠內(nèi)，嚴(yán)重威脅著人們的生命安全。近幾年來(lái)，石化行業(yè)頻頻發(fā)生安全事故，例如，爆炸、火災(zāi)等。這些事故給人們帶來(lái)了極大的傷害，也給石化工廠造成了一定的經(jīng)濟(jì)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(shí)監(jiān)測(cè)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(chǎng)氣體探測(cè)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(dá)到了SIL3等級(jí)配置的標(biāo)準(zhǔn)，其等級(jí)達(dá)到SIL3/TUV6。PLC可實(shí)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(guò)以太網(wǎng)技術(shù)，操作員和工作站彼此間可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在現(xiàn)場(chǎng)，用氣體濃度探測(cè)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(guò)以太網(wǎng)輸出到監(jiān)控計(jì)算機(jī)。通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，可以看到現(xiàn)場(chǎng)的情況以及報(bào)警提示。

2硬件系統(tǒng)構(gòu)成

2.1內(nèi)設(shè)故障檢測(cè)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(shí)現(xiàn)智能識(shí)別故障功能以及自動(dòng)還原功能。在系統(tǒng)不中斷運(yùn)行的狀況下，所有智能模塊均可實(shí)現(xiàn)維修和更換零件等工作。

2.2現(xiàn)場(chǎng)采集氣體濃度

采集氣體濃度的探測(cè)器的電流信號(hào)為4-20毫安。其電流信號(hào)采用“三取二”表決機(jī)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(hù)濾波器件等。為了避免因硬件問(wèn)題導(dǎo)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(hù)以及無(wú)耦合設(shè)計(jì)。通道之間各自獨(dú)立，其中一個(gè)通道若出現(xiàn)問(wèn)題，其他通道都不會(huì)受到影響，能正常運(yùn)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(gè)CPU可以同時(shí)運(yùn)行，其邏輯運(yùn)算的速度有所提高。系統(tǒng)采用了CPU同步表決機(jī)制，若其中一個(gè)CPU不能正常運(yùn)行時(shí)，另一個(gè)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(fù)載跟OVDC并聯(lián)在一起，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)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(jī)和工控機(jī)組成，CPU通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(jī)來(lái)進(jìn)行。

3軟件程序的設(shè)計(jì)

3.1 PLC程序

軟件程序的設(shè)計(jì)包含兩部分，分別是PLC程序設(shè)計(jì)和上位機(jī)程序設(shè)計(jì)。在PLC程序設(shè)計(jì)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(duì)操作系統(tǒng)有要求，其運(yùn)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(dòng)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(duì)CPU的數(shù)量和類型以及同步數(shù)據(jù)區(qū)間等進(jìn)行設(shè)置，在機(jī)架中，也可對(duì)總線控制器的位置進(jìn)行設(shè)置，還可以對(duì)AI模塊和DO模塊的表決方式等信息進(jìn)行設(shè)置。

（2）硬件組態(tài)。在硬件組態(tài)過(guò)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(gè)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(jìn)行配置。

（3）主程序塊。主程序塊包含三大功能塊，其主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和輸出的工作。為了對(duì)探測(cè)器的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行判斷，以及實(shí)現(xiàn)報(bào)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(shí)，先是讀取數(shù)字，然后經(jīng)一系列的處理，將探測(cè)器的電流轉(zhuǎn)換成電壓值。在處理數(shù)據(jù)時(shí)，為了判斷探測(cè)器的當(dāng)前狀態(tài)，需將轉(zhuǎn)換成的電壓值設(shè)定高/低報(bào)警值。在輸出數(shù)據(jù)時(shí)，依據(jù)探測(cè)器的動(dòng)態(tài)狀態(tài)，輸出對(duì)應(yīng)的控制狀態(tài)。

3.2上位機(jī)程序

為實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)的讀入工作，上位機(jī)軟件讀取PLC數(shù)據(jù)采用的是數(shù)組方式，通過(guò)腳本程序?qū)⑿再|(zhì)相同的多個(gè)數(shù)據(jù)以點(diǎn)的方式賦值給對(duì)應(yīng)的程序點(diǎn)。上位機(jī)由總貌圖、分布圖（探測(cè)器）、查詢功能、系統(tǒng)設(shè)置以及用戶權(quán)限管理構(gòu)成?？偯矆D可顯示探測(cè)器的信息，包含濃度、單位、量程等。探測(cè)器分布圖，直觀的再現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器的位置，根據(jù)分布圖能快速的查找到探測(cè)器。查詢功能是操作人員可以動(dòng)態(tài)的查詢到每個(gè)探測(cè)器的實(shí)時(shí)歷史報(bào)警記錄。

4結(jié)語(yǔ)

綜上可述，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，安全性較高，且系統(tǒng)運(yùn)行情況正常，能有效的監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中有毒有害氣體的濃度，并實(shí)時(shí)進(jìn)行報(bào)警，既不影響生產(chǎn)工作，也保證了人們的安全。

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