液氨儲罐遠程監控系統的設計

許金寶，侯少雷，杜學蕓

（1.山東能源機械集團安監處 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定范圍內，并被視為二級毒品。一旦發生泄漏事故，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督工作，直接關系到企業生產的安全、連續、穩定、優質和高效[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設計了一套液氨罐遠程監控系統，該系統可實時在線監測液氨罐情況，減少了工作人員巡查液氨罐的次數，節約了勞動力；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；及時發短信到相關人員手機上，為高效準確地處置意外發生的液氨泄漏事故、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 系統方案概述

遠程監控系統通過計算機網絡連接各生產或測試現場的數據采集系統，獲取實時數據，然后通過現場信息處理系統對數據進行分析、統計、發布，使處于監控現場之外的用戶實時獲取現場監控信息，實現對監控現場的遠程調度、指揮決策[4]。該設計方案以水處理操作室為人員監控中心[5]，采用西門子S7-200PLC作為軟件控制核心，實現對液氨儲罐工作狀態的遠程實時監控。整套系統機構主要由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、短信發送模塊等構成，結構設計如圖1所示。

圖1 液氨罐遠程監控系統整體結構圖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為PLC可以讀取的數字信號。為保證信號的穩定性，在EM235模塊和傳感器之間加入智能信號隔離器；上位機采用組態王軟件組態液氨罐遠程監控畫面、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

因本監控系統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，并且組態王開發出了基于西門子Siemens T35短信模塊設備的短消息通知驅動。組態畫面后可以及時將報警信息通過手機短信及時的發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王組態液氨罐遠程監控畫面、報警畫面、數據報表、趨勢曲線畫面、短信設置畫面；為實現數據的交換讀寫，需要新建200PLC設備和TC35短信模塊設備；組態王中的數據變量要和PLC中的一一對應。為實現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”。

短信報警分兩級發送，當濃度高報警時發短信給班組負責人及相關人員，當濃度為超高報警時發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；

\本站點短信發送成功=0；

\本站點send=1；

}

4 結 論

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

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