安全可靠的艾默生智能無線技術(shù)
安全可靠的艾默生智能無線技術(shù)
——艾默生智能無線技術(shù)在江蘇金翔三期油庫罐區(qū)計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用
由艾默生雷達(dá)液位計(jì)構(gòu)成的常規(guī)罐區(qū)計(jì)量系統(tǒng)存在信號電纜接線或信號電纜本身出現(xiàn)問題時(shí)對儲罐失去監(jiān)視的問題。應(yīng)用艾默生公司智能無線技術(shù)解決儲罐計(jì)量，實(shí)現(xiàn)對罐區(qū)數(shù)據(jù)的安全性、可靠性采集和儀表管理。艾默生智能無線技術(shù)具備自組織的ｍｅｓｈ網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，裝有無線ｔｈｕｍ適配器的雷達(dá)液位計(jì)可作為路由節(jié)點(diǎn)，通訊路徑冗余，抗力強(qiáng)。本文就江蘇金翔三期油庫工程，探討無線技術(shù)在油庫計(jì)量應(yīng)用方案配置及體會。
圖１艾默生常規(guī)罐區(qū)計(jì)量系統(tǒng)
圖２艾默生無線解決儲罐計(jì)量方案結(jié)構(gòu)
圖３艾默生智能無線ｔｈｕｍ™ 適配器
江蘇金翔石化有限公司主要從事汽油、柴油、煤油和化工產(chǎn)品等的銷售及倉儲，有三個(gè)油庫，分為一、二、三期油庫，總庫容為２３．３１萬立方米。其中三期油
庫共有８個(gè)油罐，４個(gè)２０００?。恚彻?，１個(gè)１６０００ｍ罐和３個(gè)２３０００ｍ罐，庫容總計(jì)９．３萬立方米，全部工程于２０１０年１２月竣工。
罐區(qū)計(jì)量系統(tǒng)難點(diǎn)
江蘇金翔油庫是做為貿(mào)易交接的油庫，需要對所有儲油罐的液位、溫度、壓力、液位變化率等重要數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。監(jiān)控罐內(nèi)這些數(shù)據(jù)有助于確保用于財(cái)
務(wù)報(bào)告、生產(chǎn)計(jì)劃及時(shí)間安排的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。不準(zhǔn)確的測量可能導(dǎo)致容量使用不理想、賬目錯(cuò)誤甚至發(fā)生溢出等環(huán)境事件。
因此，江蘇金翔二期油庫就選用了艾默生ｔａｎｋｒａｄａｒ?。颍澹。常梗埃跋盗匈Q(mào)易交接計(jì)量級雷達(dá)液位計(jì)與相應(yīng)多點(diǎn)溫度計(jì)、ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ?。常?br>５１ｓ壓力變送器，構(gòu)成常規(guī)儲罐計(jì)量系統(tǒng)，見圖１。
罐區(qū)計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是采用有線的總線通訊，由每個(gè)油罐上ｔａｎｋｒａｄａｒ?。颍澹走_(dá)液位計(jì)的信號線，與其它油罐的信號線匯合接在現(xiàn)場接線盒上，構(gòu)成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)，再由現(xiàn)場接線盒里接出兩根信號線進(jìn)入現(xiàn)場通訊單元ｆｃｕ里，然后再接入ｐｌｃ控制系統(tǒng)中。信號傳輸過程中，可能會出現(xiàn)下面問題：中間接線端子是潛在的故障點(diǎn)，接線不佳或脫落導(dǎo)致通訊故障，儲罐失去監(jiān)視；信號電纜受損（火災(zāi)、野蠻作業(yè)等）是另一潛在危險(xiǎn)，會導(dǎo)致罐區(qū)部分或整體失去視；因雷達(dá)液位計(jì)數(shù)據(jù)是*入整個(gè)庫區(qū)ｐｌｃ控制系統(tǒng)處理的，當(dāng)ｐｌｃ系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)罐區(qū)雷達(dá)液位儀測量數(shù)據(jù)均不能在ｐｃ上位機(jī)上正常顯示，罐區(qū)失去監(jiān)視。在二期油庫監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中就出現(xiàn)過上述
情況。
艾默生智能
無線技術(shù)解決方案
無線儲罐計(jì)量系統(tǒng)的架構(gòu)由于常規(guī)罐區(qū)計(jì)量監(jiān)控存在上述可能性問題，因此，在金翔三期庫區(qū)自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，運(yùn)用了艾默生智能無線儲罐計(jì)量系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是在艾默生常規(guī)罐區(qū)計(jì)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了智能無線?。簦瑁酰怼∵m配器和智能無線網(wǎng)關(guān)１４２０，構(gòu)成罐區(qū)監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)。無線儲罐計(jì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖２。儲罐計(jì)量系統(tǒng)中的每臺艾默生ｔａｎｋｒａｄａｒ?。颍澹∫何挥?jì)配有一個(gè)智能無線ｔｈｕｍ 適配器，成為一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)與智能無線網(wǎng)關(guān)１４２０構(gòu)成一個(gè)自組織網(wǎng)格架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)會自動查找如何繞過固定或臨時(shí)障礙的*佳方法。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用２．４ｇｈｚ 的世界公用頻段，通訊路徑冗余，數(shù)據(jù)可靠性達(dá)到９９％。智能無線網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)系統(tǒng)無縫連接，其通信協(xié)議可以采用串行通信口ｍｏｄｂｕｓ ｒｓ４８５／ｒｔｕ方式，也可以通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)采用ｍｏｄｂｕｓ?。簦悖穑椋稹f(xié)議或ｏｐｃ 協(xié)議與控制系統(tǒng)的上位機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)與控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。
艾默生智能無線?。簦瑁酰怼∵m配器智能無線ｔｈｕｍ適配器，專門為已經(jīng)在現(xiàn)場安裝使用的有線ｈａｒｔ設(shè)備開發(fā)的適配器，它將有線ｈａｒｔ設(shè)備升級為無線設(shè)備。它利用現(xiàn)有有線儀表的供電工作，無需電池，不破壞現(xiàn)有有線設(shè)備的性能，同時(shí)可以將有線設(shè)備的測量值、診斷信息通過無線方式傳送到智能網(wǎng)關(guān)。
裝有ｔｈｕｍ適配器的設(shè)備作為艾默生智能無線自組織現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，實(shí)現(xiàn)傳輸現(xiàn)場智能信息，改善質(zhì)量、安全性、可用性、運(yùn)營并降低維護(hù)成本。圖３為艾默生智能無線ｔｈｕｍ適配器的外觀照片。
智能無線適配器ｔｈｕｍ特點(diǎn)有：訪問有線ｈａｒｔ設(shè)備的上等儀表診斷信息；采集有線多變量ｈａｒｔ設(shè)備的測量信息和診斷信息；使有線ｈａｒｔ設(shè)備具有無線功能，成為變成無線測量點(diǎn)；對遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行管理和性能監(jiān)視?？梢杂行p少故障診斷和排除的時(shí)間；不丟失數(shù)據(jù)；對遠(yuǎn)程設(shè)備可以進(jìn)行校驗(yàn)。
艾默生ｔａｎｋｒａｄａｒ?。颍澹。常梗担袄走_(dá)液位計(jì)ｔａｎｋｒａｄａｒ ｒｅｘ雷達(dá)液位計(jì)設(shè)計(jì)用于為所有罐區(qū)和煉油廠提供符合貿(mào)易交接精度要求的可靠的儲罐存量數(shù)據(jù)。這種基于調(diào)頻連續(xù)波（ｆｍｃｗ）原理的非接觸雷達(dá)測量技術(shù)具有高精度、免維護(hù)、高可靠性及持久性。儀表液位精度為±０．５ ｍｍ。配有內(nèi)置多點(diǎn)溫度輸入接口、模擬輸入／輸出以及繼電器輸出接口，以實(shí)現(xiàn)完整的罐量和貿(mào)易交接功能，見圖４。
圖４ｔａｎｋｒａｄａｒ?。颍澹走_(dá)液位計(jì)與ｔｈｕｍ適配器
艾默生智能無線網(wǎng)關(guān)１４２０無線網(wǎng)關(guān)在無線控制系統(tǒng)中起到中間轉(zhuǎn)換的作用，它是連接現(xiàn)場設(shè)備和控制系統(tǒng)的橋梁，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)管理和設(shè)備管理三大功能。首先網(wǎng)關(guān)要管理其轄區(qū)內(nèi)的無線設(shè)備，根據(jù)其位置分布自動建立通訊網(wǎng)絡(luò)，保證各個(gè)被檢測的工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠的傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，一旦網(wǎng)絡(luò)建立，即利用標(biāo)準(zhǔn)接口和支持相應(yīng)的通訊協(xié)議將收集到的工藝數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)送入控制系統(tǒng)內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備及工藝數(shù)據(jù)的監(jiān)控。
每一個(gè)艾默生１４２０網(wǎng)關(guān)*多可支持 １００臺無線設(shè)備；和上位機(jī)通信時(shí)， 支持ｍｏｄｕｂｕｓ?。颍螅矗福怠ⅰ。恚铮洌猓酰蟆。簦悖穑椋稹〖埃澹簦瑁澹颍睿澹簦铮穑愕耐ㄓ崊f(xié)議，與ｄｃｓ、ｐｌｃ 或ｓｃａｄａ系統(tǒng)無縫連接；每臺無線設(shè)備為無線網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)，可用作路由器，建立通訊網(wǎng)絡(luò)，并自動選擇*優(yōu)通信路徑；符合本安防爆認(rèn)證要求，可以安裝在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)；網(wǎng)關(guān)供電為 ２４ｖｄｃ；圖５為艾默生智能無線網(wǎng)關(guān) １４２０的外觀照片。
圖５艾默生智能無線網(wǎng)關(guān) １４２０
圖６金翔三期油庫儲罐計(jì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
艾默生智能無線解決方
案在三期油庫中的應(yīng)用
三期油庫儲罐計(jì)量系統(tǒng)的方案在三期庫區(qū)儲罐計(jì)量系統(tǒng)中，運(yùn)用了艾默生常規(guī)罐區(qū)計(jì)量加無線儲罐計(jì)量的方案，構(gòu)成一個(gè)冗余設(shè)計(jì)，在原常規(guī)罐區(qū)計(jì)量系統(tǒng)中，給每臺ｔａｎｋｒａｄａｒ?。颍澹∫何挥?jì)配一個(gè)智能無線ｔｈｕｍ適配器，使之成為一個(gè)無線設(shè)備，然后把測量值、診斷信息通過無線方式無線傳送到智能網(wǎng)關(guān)１４２０，再通過ｏｐｃ通訊方式，直接跟ｗｉｎｃｃ組態(tài)軟件相連接，同時(shí)有線通訊的數(shù)據(jù)是由現(xiàn)場通訊單元ｆｃｕ通過ｍｏｄｂｕｓ?。颍螅矗福低ㄓ嵎绞礁穑悖螅房刂葡到y(tǒng)相連，再與ｗｉｎｃｃ組態(tài)軟件通訊，這種冗余通訊方式保證了罐區(qū)測量數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，其結(jié)構(gòu)見圖６。
智能無線適配器和網(wǎng)關(guān)的現(xiàn)場安裝
三期油庫有８個(gè)油罐，*遠(yuǎn)的一個(gè)油罐到庫區(qū)監(jiān)控室距離大概３００米，８個(gè)無線ｔｈｕｍ適配器，分別固定安裝在罐頂?shù)淖o(hù)欄上，如圖７所示。無線網(wǎng)關(guān)１４２０安裝在監(jiān)控室的室外墻壁上（見圖８）。它們之間的距離滿足無線安裝要求，且各個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)，都能相互通訊，這樣可以保證無線信號覆蓋整個(gè)庫區(qū)且信號傳輸路由冗余，數(shù)據(jù)傳輸可靠。無線適配器和網(wǎng)關(guān)在庫區(qū)分布如圖９所示。
圖７現(xiàn)場無線雷達(dá)液位計(jì)的安裝
圖８現(xiàn)場無線網(wǎng)關(guān)的安裝
圖９無線適配器和網(wǎng)關(guān)在三期庫區(qū)的分布
傳統(tǒng)有線系統(tǒng)和智能無線技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用
三期油庫工程自２０１０年１２月 投運(yùn)以來，無線儲罐計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行正常，數(shù)據(jù)傳輸可靠（見圖１０）。
圖１１為有線傳輸數(shù)據(jù)監(jiān)控界面，對比圖１０，可以看出所顯示的每個(gè)油罐的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一致，從而增強(qiáng)了儀表維護(hù)工程師的使用無線儀表的信心。
ａｍｓ設(shè)備管理系統(tǒng)在無線罐區(qū)的應(yīng)用
儀表維護(hù)工程師還可以通過ａｍｓ智能設(shè)備管理軟件實(shí)現(xiàn)對罐區(qū)雷達(dá)液位計(jì)，進(jìn)行遠(yuǎn)程在線組態(tài)，減少了到現(xiàn)場危險(xiǎn)區(qū)域工作次數(shù)，ａｍｓ使用人性化設(shè)計(jì)ｈｃｄ給用戶提供的是按照操作任務(wù)要求而設(shè)計(jì)的直觀的操作面板（見圖１２）。
同時(shí)雷達(dá)液位計(jì)有豐富的診斷信息，可以通過無線系統(tǒng)傳回控制室，儀表人員可以在ａｍｓ系統(tǒng)中得到設(shè)備預(yù)警，如天線污染、滿罐報(bào)警、空罐報(bào)警、無表面回波等，
做到在儀表故障影響擴(kuò)大之前，及時(shí)找到故障原因，并排除這些故障
（見圖１３）。
圖１０金翔三期油庫群罐無線監(jiān)控界
圖１１金翔三期油庫群罐有線監(jiān)控界面
圖１２ｒａｄａｒ的參數(shù)組態(tài)界面
圖１３ｒａｄａｒ故障報(bào)警畫面
應(yīng)用艾默生智能無線和總線的冗余通訊，可以有效降低接線或信號電纜本身出現(xiàn)問題時(shí)對儲罐失去監(jiān)視的可能性問題。采用艾默生純智能無線儲罐計(jì)量系統(tǒng)方案，可節(jié)省大量電纜、布線、施工、調(diào)試成本，大大縮短工期。同時(shí)可以利用無線ｈａｒｔ技術(shù)，對設(shè)備快速便捷地組態(tài)、及時(shí)獲得現(xiàn)場故障信息、**了解現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行的整體狀況。
對于基礎(chǔ)設(shè)施差的老罐區(qū)，利用艾默生智能無線技術(shù)改造的優(yōu)勢更加突出。隨著無線技術(shù)的發(fā)展，在油庫罐區(qū)，尤其是貿(mào)易交接的油庫，無線技術(shù)的使用可以大大增強(qiáng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可靠性，安全性，完善罐區(qū)的管理。
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