研华PAC在某可燃气体报警器项目改造上的应用

0、引言

GDS（有毒有害气体检测系统）包括可燃气体报警器和硫化氢报警器等，是保障人身安全的安全设备，在工厂里起着举足轻重的作用。目前多采用二次表-报警器进行报警显示。

某罐区有可燃气体报警器10台，硫化氢（H2S）报警器10台，由于导线距离长，且采用的是24芯电缆，在线间形成电容性积累电荷，造成信号干扰，使报警器的二次表因受干扰频繁产生错报，无法正常使用。

由于罐区覆盖面积大，所以信号导线多且杂，而且与220V仪表供电线敷设在同一槽线盒。其中距离较远的几十台报警器的二次表因而受干扰产生错报，具体有两种表现形式：一是频繁产生误报，即一次表指示不超标，但二次表出现高报；二是联报，即一台一次表测得高报信号，却引起多台二次表显示高报，干扰了正常的生产。

       可燃气体报警器的信号线不是屏蔽导线，且没有为它单独敷设槽线盒，是导致问题的根本原因。由于现场不能准确判定干扰源，全部更换导线工程量大，投资高。如下图所示：

图1  报警器干扰系统结构示意图

但是，全部更换导线浪费大，工程量大，且罐区现场动火危险性高。因此需要摸索一套工程量小的修补方案来解决问题，保护前期投资。

1、改造方案选择

方案一：全部更换受干扰的信号线。重新布槽线盒，更换多线电缆为三芯电缆，每块一次表单独一根电缆。

方案二：离现场150米处有一间消防泵房，将20台表的信号线引到泵房，在泵房内安装一台PAC，转换为数字信号集中传送到主操作室，泵房到主操作室只需要拉一根光缆，形成现场数字通讯系统。

费用概算如下表：

评估：因为光缆不怕电磁干扰，所以不受线间干扰影响也能解决问题。但泵房环境对PAC提出严格安装条件：出于安全考虑，必须要将数采控制器和卡件置于隔爆箱内。但密封的隔爆箱散热性能差，夏季高温可能会超出PAC的工作温度范围。

方案三：以上两种改造方案都需要更换电缆，所使用的信号都必须经过二次表转换，且显示为接点信号，不易观察具体报警值，很不直观。

因此，更换一次表为能输出4~20mA电流信号的模拟表，20台共花费14万元。同时，不用二次表显示，模拟信号直接通过原24芯电缆进入主操作室，接入PAC中，用工控机作为上位机显示数据。由于电流信号抗干扰性比接信号强，再加上数采控制器的滤波抗干扰特性，应该能解决信号干扰问题。

评估：此方案避免更换电缆的巨大工作量，而且从质的方面升级了系统，大大提高了测量的可靠性和自动化水平。但投资较大。

方案四：更换一次表为能输出4~20mA电流信号的三线制模拟表，仍用原24芯电缆。由于每台一次表由四线改为三线，则可将空余出来的一根电缆线作为屏蔽线进行接地处理，让其不要产生多余的电荷从而造成干扰。

另外，在主操作室加装1台20A直流稳压电源来给一次表供电，增大了供电功率，进一步提高了稳定性。

费用概算如下表：

评估：此实施方案不用二次表作为显示设备，节省费用20X0.4万=8万元。

2、方案验证

综合分析认为，方案四最佳。这套方案不但完全利用了现有的电缆线，还把信号的质量全面提高了，更重要的是这个方案是节省钱的（8-4.2=3.8万元）。但其有效性需要实验证明。

如果方案四不理想，那方案三同样也不适用。

如果方案四失败，考虑验证方案二，但要解决PAC的防爆问题，用隔爆箱则带来散热问题。

其它三种方案都无法解决问题时，就只有按方案一实施改造。

2．1、方案四系统配置

PAC的硬件选用研华公司的PAC控制器ADAM-5550KW，模拟量采集比较多，此系统在我厂已有多套应用，以其运行稳定成为我们的首选产品。也因为这台控制器的处理能力比较强，为将来罐区所有的仪表（包括油位、温度、流量等计量值）改造也做好了系统容量的准备。 

由于监控需要人机界面（HMI）软件选用开物2000，这是一套国产软件，在石化行业有较多应用，在我厂也有多套在用，它有专门针对ADAM-5550KW控制器开发的驱动程序。因为研华公司的ADAM-5550KW控制器运行的是WinCE操作系统，所以这次系统改造中我们暂时还是采用一台研华工控机来运行开物2000的组态软件。待以后有时间时再将组态软件移植到控制器中运行，直接接显示器就可以了。这样能省掉一台工控机的费用。

1、PAC简介

              PAC (Programmable Automation lController，可编程自动化控制器) ，是由ARC咨询集团的高级研究员Craig Resnick提出的，定义如下:

n         具有多重领域的功能，支持在单一平台里包含逻辑、运动、驱动和过程控制等至少两种以上的功能。

n         单一开发平台上整合多规程的软件功能如HMI及软逻辑, 使用通用标签和单一的数据库来访问所有的参数和功能。

n         软件工具所设计出的处理流程能跨越多台机器和过程控制处理单元, 实现包含运动控制及过程控制的处理程序。

n         开放式、模块化构架，能涵盖工业应用中从工厂的机器设备到过程控制的操作单元的需求。

n         采用公认的网络接口标准及语言，允许不同供货商之设备能在网络上交换资料。

使用软逻辑PAC控制器的优点：

1、  强大的PC-BASED 功能：

n         大容量的存储能力

n         众多方便、灵活的通讯端口

n         强大的浮点、数学运算能力

n         复杂的控制算法（模糊控制）

n         强大的软件功能，方便增加功能库

n         内嵌的低成本以太网

2、编程软件：

n         多任务架构

n         国际通用编程标准IEC61131-3，

n         同时支持五种语言编程：梯形图、功能块、ST、IL、SFC等，

n         编程快速上手，无扰切换

PAC软逻辑控制器—ADAM-5550KW

²         CPU AMDGeode GX533(GX2)

²         I\O 能力8槽

²         LED 指示灯电源、CPU 和通讯

²         内存128 MB DDR SDRAM，带 512KB电池备份

²         1xCompactFlash 卡（内部）

²         操作系统Windows CE 5.0

²         实时时钟有

²         看门狗定时器有

²         通讯协议Modbus\RTU 和 Modbus\TCP

²         最多节点数32

²         媒体带RJ-45接口的2X 以太网接口

²         传输速率10M\100M bps (10\100 Base-T)

现场信号直接连接到AI卡ADAM-5017的端子上，用ADAM-5550KW采集到信号值并进行处理后，将数据放入MODBUS存储区；采用MODBUS TCP协议传至工控机，再由开物2000软件完成图形显示。

对ADAM-5550KW编程采用KW-Multiprog开发工具进行PLC程序的编写，硬件配置简单明了，如下所示：