安全仪表系统在煤化工生产中的应用

安全仪表系统在煤化工生产中的应用

乔春  田文涛

152801198609193019  622322199306132034

摘要：目前，传感器广泛应用于煤化工监控系统中，以保障安全生产。然而，由于其催化元件的零点和范围漂移，将导致显示浓度的误差，这将严重影响井下生产的安全。因此，有必要建立了一个集网络服务器、公司局域网、上位机自动分析、下位机实时处理为一体，以条形码为标识的煤矿安全仪表输入、检测、输出、认证和财务网络在线测试系统。以期实现传感器存储、等待检查、验证、发送的网络化操作，达到提高效率、降低劳动强度的目的。

关键词：安全仪表系统；煤化工生产；应用

1安全仪表系统在煤化工生产中的应用意义

（1）监测和控制安全风险。煤化工生产过程中存在着许多安全风险，如高温、高压、有毒气体等。安全仪表系统可以通过监测和控制关键参数，实时反馈和报警系统，及时发现和预防潜在的安全风险，保障生产安全。（2）提高生产过程的可靠性和稳定性。安全仪表系统可以监测和控制关键的工艺参数，如温度、压力、流量等。通过实时的数据采集和分析，可以及时识别生产过程中的异常情况，并采取相应的措施，确保生产过程的可靠性和稳定性。（3）保护设备和环境。安全仪表系统可以监测设备的运行状态和性能，及时发现设备故障和异常情况，避免设备损坏和停机事故的发生。同时，通过监测环境参数，如气体浓度、水质等，及时发现和控制污染源，保护环境安全和生态环境。

2安全仪表系统在煤化工生产中的应用意义

2.1初始登录管理

测量和测试仪器必须登录才能进入测试中心进行测试。登录管理的主要功能是接收煤化工安全生产在线检测系统提交检查的设备。第一，将待检设备的检验单位、联系电话、收货日期、具体信息量、数量、收货人等信息录入收货单，作为收发货凭证，打印收发货回单，并以收发货单的序列号作为查询依据。第二，为设备创建条形码。条形码的内容包括检查装置、传感器类型、制造商、规格型号和仪器编号，条形码是设备的唯一标识。测试中心的LAN存储表添加一条记录，并从网站发布设备的状态。

2.2待检查模块

该模块是一个非常有用的模块，用于对程序中的活动对象进行自检，并查看整个程序中使用的模块，类和函数的源代码。其功能比较强大，因为此模块实际上可以用于提取函数本身的源代码，解析该函数接受的参数以及相关的库文档。第一次登录后，前台会将设备送到不同的煤化工实验室进行测试。通过扫描条形码，将要检查的设备信息记录在数据表中，供用户查询测试中心设备的当前状态。

2.3验证模块

2.3.1下位机的整体控制

8051F020单片机系统可以同时检测64个模拟传感器，并通过串口中断接收上位机的命令。根据上位机不同的检测功能要求，可以实现不同模式下N个模拟传感器的自动监测和手动检测，并提供满足流量要求的标准气体。为了确保传感器的读数有效，必须在每个标准气体注入一定时间后读取传感器数据。同时，读取值被实时传输到上位机。根据读取数据与标准气体值之间的差异，上位机自动发出调整红外信号，使模拟传感器读数与标准气体一致。微控制器根据命令中包含的传感器位置、数量和浓度信息自动控制电磁阀打开相应的气体出口，并控制电子控制阀打开相应的标准进气气路，因此，控制器可以提供与待测量传感器相对应的标准气体流量。

2.3.2多通道传感器信息收集

对于传输输出为频率值的模拟传感器，8051F020通过收集两个上升沿之间的时间来计算其周期，然后使用RS485总线通过MODBUS协议传输到上位机。由于测量64通道传感器信息需要大量的I/O端口和有限的CPU资源，本设计通过模拟多路复用器HCC4067BF来实现，以同时采集64通道矿井气体传感器的传输和输出。1块hcc4067bf可以连接16路传感器输出信号，由A、B、C和D端的8421BCD代码控制，不同的传感器信号通过分时选通连接到单片机的输入/输出端口。当64通道传感器输出信号通过由4个HCC4067BF组成的模拟多路复用器组件时，它们被收集到单片机的P1端口。4块HCC4067BF每次采集4个信号，16次对照后采集64个传感器的浓度值。

2.3.3控制标准气体入口和传感器通断气体

矿井模拟气体传感器的检测主要使用已知浓度的标准气体来检测传感器。模拟传感器的主要参数是零点和线性。零点检测主要通过空气调节。线性检测通过几种不同浓度的标准气体进行。在模拟气体传感器的检测过程中，气路部分需要控制不同浓度的空气和标准气体之间的切换。整个控制电路由8个SN54ALS164J级联实现。每个芯片有8个输出，可以控制多达64个传感器。上位机的位置信息通过8051F020单片机的P0.4输出。在时钟信号的作用下，信息会依次出现在芯片的并行输出端口上，经过放大后控制电磁阀的开关状态。

2.3.4上位机分析

与下位机的交互自动检测系统的开发平台是PowerBulider。在主控界面中，有空气、标准气体浓度Ⅰ、标准气体浓度Ⅱ、标准气体浓度Ⅲ和标准气体浓度IV的图标，标准气体浓度等级在其标签属性中标记。控制、标准气体浓度以及待验证探测器的位置和数量传输至C8051F020。C8051F020根据上位机发出的控制命令，控制标准气体输入气路和检测器输出气路的切换和导通。在检测过程中，PowerBuilder在气体传感器的值稳定后开始读取数据，并将读取的数据与标定气体值进行比较。当差值超过要求值时，它比较读取的数据并发送红外控制，直到传感器的显示值和校准气体值之间的差值满足检测法规的要求，并给出“通过”结果。如果在给定数量的连续测试（例如20次）后，传感器读数无法调整到所需值，则测试将停止，并给出“不合格”的结果。结果表明传感器已损坏，无法使用，上位机显示“第n个传感器在第n个浓度下不合格。”。检测后，应整合合格传感器的数据，并打印出符合国家测试规定的各种报告。在验证中，应在特定浓度下测试5（或6）次，以计算零点漂移和范围漂移，每个浓度应至少测试3次。通过有效的数据库管理，将收集并存储传感器参数，供用户查询。RBF神经网络训练包括输出单位权ωi、隐单位中心xi和函数宽度Ф的训练。ωi直接通过最小二乘法计算，后两个参数通过聚类方法（如K-means聚类）选择。样本聚类中心作为径向基函数的中心，每个数量和中心之间的差值作为函数宽度。在气体传感器检测系统中，选择流速、标准气体压力、待校准探测器数量、标准气体浓度、相对湿度和温度等6个信号作为输入x，因此，隐层单元数量也选择为6。通过聚类，将相应输入样本的标准参考值作为6个相应隐藏单元的中心xi，输出ƒ（x）为预测流量值。通过这种方法，获得了具有6个输入、1个输出和六个隐藏单元的径向基函数神经网络。然后，根据ƒ（x）的值，监控系统通过上位机向MCU发送D/A值。由于空间限制，具体的培训过程将不再重复。数据和图像采集由于报警没有传输输出，操作员只能将读数逐个输入计算机，这使得错误率很高。因此，系统增加了图像处理方法来识别其读数。当气体浓度不变时，读取并保存校准平台采集的照片。对采集的图像进行预处理后，建立了基于多特征的显示值比较模型。通过人工神经网络识别不同制造商的报警读数和位置，并建立相应的专家知识库。

3结语

总之，安全仪表系统实现了计量检测仪器从进入检测中心到完成检定，直至发出的全过程条码管理。测试仪器的文件信息资源共享，测试数据可以自动上传到服务器并保存，从而可以完全覆盖安全仪器的检测，并对过程进行全面监控。

参考文献

[1]贾保峰.SIS与DCS集成的化工装置安全控制系统应用研究[J].化学工程与装备，2018（12）：290-292.

[2]徐丽.安全仪表系统在长周期运行中的整体设计理念与实践[J].自动化博览，2018，35（12）：104-107.