結(jié)合作者的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，介紹了用一種用PLC改造浮子鋼帶液位計(jì)變送器的方法，并從技術(shù)角度和經(jīng)濟(jì)效益上分析了這種方法的可行性。介紹了格雷碼編碼的規(guī)則，給出了PLC將格雷碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制碼的源程序。

一、概述

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的日益普及、網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展和儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化用檢測(cè)儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的品種的日益繁多、檢測(cè)和控制的可靠性的提高，使石油化工行業(yè)新建、擴(kuò)建或升級(jí)改造儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)可能。

在新建、擴(kuò)建或升級(jí)改造罐區(qū)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工程資金中，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)用一次儀表的購(gòu)置的資金約占整個(gè)新建、擴(kuò)建或升級(jí)改造罐區(qū)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程資金總投資的大半。

為了相關(guān)生產(chǎn)裝置的安全、平穩(wěn)運(yùn)作和油品交接中的計(jì)量和經(jīng)濟(jì)核算，精確檢測(cè)儲(chǔ)罐參數(shù)，及時(shí)掌握儲(chǔ)罐庫(kù)存，是十分重要的。 在罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)需要檢測(cè)的生產(chǎn)參數(shù)中，儲(chǔ)罐液位參數(shù)的檢測(cè)是一項(xiàng)非常重要的工作。通過(guò)檢測(cè)儲(chǔ)罐液位，可以掌握生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，調(diào)控指揮生產(chǎn)，避免出現(xiàn)冒頂、抽空等事故，同時(shí)，儲(chǔ)罐液位參數(shù)還是準(zhǔn)確計(jì)量庫(kù)存的前提保證。

二、罐區(qū)概況

在國(guó)內(nèi)，近20年來(lái)，對(duì)于罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)罐液位檢測(cè)用一次表，一直是以鋼帶浮子液位計(jì)為主。這類儀表的共同點(diǎn)是它由浮筒、鋼帶部分和變送器部分等組成。浮筒隨著儲(chǔ)罐液面上下浮動(dòng)，鋼帶浮子液位計(jì)的變送器把浮筒所處的位置轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，再遠(yuǎn)傳至終端設(shè)備。

北方某大型煉油廠的罐區(qū)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，此次改造前是80年代末期投資建造的，罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)儲(chǔ)罐的液位和溫度檢測(cè)，采用的是羅斯蒙特(Roesmont)儀表集團(tuán)所屬的維雷(VAERC)公司的浮子鋼帶液位計(jì)和配套使用的變送器。由于儀表安裝時(shí)間較長(zhǎng)，浮子鋼帶液位計(jì)的變送器部分大都已損壞，結(jié)果，造成許多儲(chǔ)罐的液位和溫度信號(hào)無(wú)法接入操作站的計(jì)算機(jī)，同時(shí)，因儲(chǔ)運(yùn)調(diào)度室和罐區(qū)操作站之間無(wú)法通訊，致使整個(gè)系統(tǒng)基本處于癱瘓狀態(tài)。針對(duì)罐區(qū)原系統(tǒng)存在的問(wèn)題，我們把升級(jí)改造的重點(diǎn)首先放在儲(chǔ)罐的液位和溫度檢測(cè)部分。同時(shí)，廠方要求在此次罐區(qū)改造工程中,儲(chǔ)罐測(cè)量液位的一次表，希望仍采用浮子鋼帶液位計(jì)。

三、改造措施

根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)罐測(cè)量液位的鋼帶浮子液位計(jì)，我們決定改造的變送器部分。但如果更換新的原型號(hào)的浮子鋼帶液位計(jì)變送器的話，價(jià)格在9800元左右，更換新型號(hào)的浮子鋼帶液位計(jì)變送器(光電式)，價(jià)格在19000元左右。造成變送器的改造成本偏高。

浮子鋼帶液位計(jì)變送器主要分為兩部分;

(1)將浮子鋼帶液位計(jì)輸出的和液位相對(duì)應(yīng)的機(jī)械轉(zhuǎn)角位移量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)碼信號(hào)的編碼機(jī)構(gòu)部分，(2)將編碼機(jī)構(gòu)采樣的數(shù)碼值，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并輸出的，由MSC—51單片機(jī)組成的信號(hào)轉(zhuǎn)換和遠(yuǎn)傳電路部分。

在剖析損壞的變送器的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)變送器的電路部分因感應(yīng)雷擊和潮濕短路等原因損壞，已不能修復(fù)。如購(gòu)買原型號(hào)的電路板，價(jià)格在6000多元。變送器的核心的部件編碼機(jī)構(gòu)，因?yàn)槭菣C(jī)械結(jié)構(gòu)形式，基本完好，經(jīng)過(guò)修理，可以使用。 目前，應(yīng)最多的編碼機(jī)構(gòu)有格雷碼盤(pán)和BCD碼盤(pán)兩種，就是將液位的量值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的格雷碼或BCD碼。其中格雷碼盤(pán)的編碼機(jī)構(gòu)應(yīng)用最早。維雷(VAERC)公司的浮子鋼帶液位計(jì)變送器的編碼機(jī)構(gòu)采用的就是格雷碼盤(pán)方式。

格雷碼(英文：Gray CODe, Grey Code,又稱作葛萊碼，二進(jìn)制循環(huán)碼)是1880年由法國(guó)工程師Jean-Maurice-Emlle Baudot發(fā)明的一種編碼，是一種絕對(duì)編碼方式，典型格雷碼是一種具有反射特性和循環(huán)特性的單步自補(bǔ)碼，它的循環(huán)、單步特性消除了隨機(jī)取數(shù)時(shí)出現(xiàn)重大誤差的可能，它的反射、自補(bǔ)特性使得求反非常方便。格雷碼屬于可靠性編碼，是一種錯(cuò)誤最小化的編碼方式，因?yàn)?，雖然自然二進(jìn)制碼可以直接由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，但在某些情況，例如從十進(jìn)制的3轉(zhuǎn)換為4時(shí)二進(jìn)制碼的每一位都要變，能使數(shù)字電路產(chǎn)生很大的尖峰電流脈沖。而格雷碼則沒(méi)有這一缺點(diǎn)，它在相鄰位間轉(zhuǎn)換時(shí)，只有一位產(chǎn)生變化。它大大地減少了由一個(gè)狀態(tài)到下一個(gè)狀態(tài)時(shí)邏輯的混淆。由于這種編碼相鄰的兩個(gè)碼組之間只有一位不同，因而在用于浮子鋼帶的轉(zhuǎn)角位移量-數(shù)字量的轉(zhuǎn)換中，當(dāng)浮子鋼帶的轉(zhuǎn)角位移量發(fā)生微小變化(1mm)而可能引起數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)，格雷碼僅改變一位，這樣與其它編碼同時(shí)改變兩位或多位的情況相比更為可靠，即可減少出錯(cuò)的可能性。表(1)為幾種二進(jìn)制碼量化電平對(duì)照表。

在液位計(jì)的變送器中，編碼機(jī)構(gòu)—格雷碼盤(pán)采用的是14位格雷碼來(lái)映射浮子鋼帶輸出的轉(zhuǎn)角位移量信號(hào)，液位變化1mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的14位格雷碼只變化一位。因此，我們采用AELTA公司SC—500 PLC 的16點(diǎn)直流輸入模塊，通過(guò)一根RVVP—18×.12電纜和現(xiàn)場(chǎng)變送器內(nèi)格雷碼盤(pán)連接，直接采集14位格雷碼信號(hào)至PLC。

四、技術(shù)依據(jù)

在技術(shù)上; 若讀入PLC的脈沖頻率不高，如每秒不到100次，使用 PLC普通的I/O輸入點(diǎn)既可采集。PLC采集現(xiàn)場(chǎng)編碼機(jī)構(gòu)—格雷碼盤(pán)的14位格雷碼信號(hào)，就相當(dāng)于低頻率的脈沖輸入， PLC要求外部輸入信號(hào)的ON和OFF狀態(tài)的反應(yīng)時(shí)間只要大于或等于2ms就可以被PLC 的輸入模塊可靠的采集，因?yàn)橐话?/FONT>PLC的輸入延遲不到8ms，實(shí)際應(yīng)用中，由于罐區(qū)儲(chǔ)罐體積大小的因素影響，儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)的液位變化是十分緩慢，液位變化±1mm的反應(yīng)時(shí)間都在幾秒鐘以上，就等同于采集14位格雷碼每變化一位的時(shí)間都大于PLC的輸入模塊采集的反應(yīng)時(shí)間。