一、概述
隨著計算機應用技術的日益普及、網絡及資料庫技術的發展和儲運自動化用檢測儀表、執行機構的品種的日益繁多、檢測和控制的可靠性的提高，使石油化工行業新建、擴建或升級改造儲運罐區的計算機網絡系統成為現實可能。
在新建、擴建或升級改造罐區計算機網絡系統的工程資金中，對於現場檢測用一次儀表的購置的資金約佔整個新建、擴建或升級改造罐區計算機網絡系統工程資金總投資的大半。
為了相關生產裝置的安全、平穩運作和油品交接中的計量和經濟核算，精確檢測儲罐參數，及時掌握儲罐庫存，是十分重要的。 在罐區現場需要檢測的生產參數中，儲罐液位參數的檢測是一項非常重要的工作。通過檢測儲罐液位，可以掌握生產動態，調控指揮生產，避免出現冒頂、抽空等事故，同時，儲罐液位參數還是準確計量庫存的前提保證。
二、罐區概況
在國內，近20年來，對於罐區現場儲罐液位檢測用一次表，一直是以鋼帶浮子液位計為主。這類儀表的共同點是它由浮筒、鋼帶部分和變送器部分等組成。浮筒隨著儲罐液面上下浮動，鋼帶浮子液位計的變送器把浮筒所處的位置轉換成對應的電信號，再遠傳至終端設備。
北方某大型煉油廠的罐區計算機系統，此次改造前是80年代末期投資建造的，罐區現場每個儲罐的液位和溫度檢測，採用的是羅斯蒙特(Roesmont)儀表集團所屬的維雷(VAERC)公司的浮子鋼帶液位計和配套使用的變送器。由於儀表安裝時間較長，浮子鋼帶液位計的變送器部分大都已損壞，結果，造成許多儲罐的液位和溫度信號無法接入操作站的計算機，同時，因儲運調度室和罐區操作站之間無法通訊，致使整個系統基本處於癱瘓狀態。針對罐區原系統存在的問題，我們把升級改造的重點首先放在儲罐的液位和溫度檢測部分。同時，廠方要求在此次罐區改造工程中,儲罐測量液位的一次表，希望仍採用浮子鋼帶液位計。
三、改造措施
根據實際情況，對於現場儲罐測量液位的鋼帶浮子液位計，我們決定改造的變送器部分。但如果更換新的原型號的浮子鋼帶液位計變送器的話，價格在9800元左右，更換新型號的浮子鋼帶液位計變送器(光電式)，價格在19000元左右。造成變送器的改造成本偏高。
浮子鋼帶液位計變送器主要分為兩部分;
(1)將浮子鋼帶液位計輸出的和液位相對應的機械轉角位移量信號轉換成數碼信號的編碼機構部分，(2)將編碼機構採樣的數碼值，轉換成電信號並輸出的，由MSC—51單片機組成的信號轉換和遠傳電路部分。
在剖析損壞的變送器的過程中，發現變送器的電路部分因感應雷擊和潮溼短路等原因損壞，已不能修復。如購買原型號的電路板，價格在6000多元。變送器的核心的部件編碼機構，因為是機械結構形式，基本完好，經過修理，可以使用。 目前，應最多的編碼機構有格雷碼盤和BCD碼盤兩種，就是將液位的量值轉換成對應的格雷碼或BCD碼。其中格雷碼盤的編碼機構應用最早。維雷(VAERC)公司的浮子鋼帶液位計變送器的編碼機構採用的就是格雷碼盤方式。
格雷碼(英文：Gray CODe, Grey Code,又稱作葛萊碼，二進位循環碼)是1880年由法國工程師Jean-Maurice-Emlle Baudot發明的一種編碼，是一種絕對編碼方式，典型格雷碼是一種具有反射特性和循環特性的單步自補碼，它的循環、單步特性消除了隨機取數時出現重大誤差的可能，它的反射、自補特性使得求反非常方便。格雷碼屬於可靠性編碼，是一種錯誤最小化的編碼方式，因為，雖然自然二進位碼可以直接由數/模轉換器轉換成模擬信號，但在某些情況，例如從十進位的3轉換為4時二進位碼的每一位都要變，能使數字電路產生很大的尖峰電流脈衝。而格雷碼則沒有這一缺點，它在相鄰位間轉換時，只有一位產生變化。它大大地減少了由一個狀態到下一個狀態時邏輯的混淆。由於這種編碼相鄰的兩個碼組之間只有一位不同，因而在用於浮子鋼帶的轉角位移量-數字量的轉換中，當浮子鋼帶的轉角位移量發生微小變化(1mm)而可能引起數字量發生變化時，格雷碼僅改變一位，這樣與其它編碼同時改變兩位或多位的情況相比更為可靠，即可減少出錯的可能性。表(1)為幾種二進位碼量化電平對照表。
在液位計的變送器中，編碼機構—格雷碼盤採用的是14位格雷碼來映射浮子鋼帶輸出的轉角位移量信號，液位變化1mm時，對應的14位格雷碼只變化一位。因此，我們採用AELTA公司SC—500 PLC 的16點直流輸入模塊，通過一根RVVP—18×.12電纜和現場變送器內格雷碼盤連接，直接採集14位格雷碼信號至PLC。
四、技術依據
在技術上; 若讀入PLC的脈衝頻率不高，如每秒不到100次，使用 PLC普通的I/O輸入點既可採集。PLC採集現場編碼機構—格雷碼盤的14位格雷碼信號，就相當於低頻率的脈衝輸入， PLC要求外部輸入信號的ON和OFF狀態的反應時間只要大於或等於2ms就可以被PLC 的輸入模塊可靠的採集，因為一般PLC的輸入延遲不到8ms，實際應用中，由於罐區儲罐體積大小的因素影響，儲罐內介質的液位變化是十分緩慢，液位變化±1mm的反應時間都在幾秒鐘以上，就等同於採集14位格雷碼每變化一位的時間都大於PLC的輸入模塊採集的反應時間。
在採集數據傳輸的距離上;PLC要求外部輸入信號的ON狀態時的電壓大於8v/2mA，OFF狀態時的電壓小於4v/1mA，就可以被PLC的16點直流輸入模塊可靠的採集，實際應用中，罐區儲罐距操作室的距離最遠的一個儲罐為700多米，在PLC的16點直流輸入模塊端子上測量格雷碼信號輸入時，ON狀態時的電壓為 19v左右，OFF狀態時的電壓為0v，滿足了PLC的技術要求。同時，儲罐溫度信號也通過此電纜由PLC的A/D模塊採集。
經PLC採集、運算後的液位、溫度數據由PLC的通訊埠採用RS232/RS485方式和上位機進行通訊，這樣，如希望構成控制計算機冗餘的系統就比較容易。
同時，改造成本(PLC+電纜)低於購買原型號的浮子鋼帶液位計變送器的價格，要增加改造一個變送器，PLC只需增加一個16點直流輸入模塊和一根電纜，一個SC—500的 PLC最多可以帶24個16點直流輸入模塊。當改造多臺以上變送器時，成本低於購買原型號的電路板的價格。現場的變送器不再存在感應雷擊和潮溼短路而損壞等的隱患，由於PLC產品高的抗幹擾、高的可靠、穩定性等優點，使數據採集的抗幹擾和可靠性大大的提高了。
但格雷碼不是權重碼，每一位碼沒有確定的大小，不能直接進行比較大小和算術運算，也不能直接轉換成液位信號，要經過一次碼變換，變成自然二進位碼,再由上位機讀取。解碼的方法是用 『0』和採集來的14位格雷碼的最高位(第14位)異或，結果保留到14位，再將異或的值和下一位(第13位)相異或，結果保留到13位，再將相異或的值和下一位(第12位)異或，結果保留到12位，依次異或，直到最低位，依次異或轉換後的值(二進位數)就是格雷碼轉換後自然碼的值。PLC源程序如圖(1)、圖(2)、圖(3)。T.01為採樣現場格雷碼時間的定時器，就是定時(1.6秒)採集PLC輸入模塊10001單元的值，BROT為移位指令，移位後的最高位保留在40300單元，和『0』所在的40301單元相異或，格雷碼轉換後的結果為十進位數，保留在40035單元。
五、結束語
經在現場使用效果看，改造、投用後的變送器運行安全穩定、數據採集可靠,同時，變送器維護簡單，故障率大大減少，減輕了儀表工的日常維護量。從浮子鋼帶子液位計變送器改造後的使用效果和改造資金投資額度來看，此方法已被證明不失為一種可靠的、好的方法，豐富了PLC的應用領域，取得了良好的經濟和社會效益。