王瑞，王毅彪

（煉化公司項(xiàng)目建設(shè)指揮部陜西洛川727406）

2008年為了配合延長石油楊莊河項(xiàng)目建設(shè)，延長石油楊莊河項(xiàng)目部對延安煉油廠惠家河油品罐區(qū)進(jìn)行了改造，儀表改造主要是對原有3個(gè)罐區(qū)18臺(tái)罐、新建一個(gè)罐區(qū)5臺(tái)罐及2個(gè)泵房5臺(tái)泵的進(jìn)出口閥門進(jìn)行改造。

油品罐區(qū)中控制閥門是油料儲(chǔ)運(yùn)過程中必不可少的現(xiàn)場儀表，其智能化程度、安全性能的高低直接影響控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。通常罐區(qū)中的控制閥數(shù)量眾多且分散，采用常規(guī)的閥門控制方式電纜敷設(shè)復(fù)雜、施工難度大，這在一定程度上使罐區(qū)控制復(fù)雜化。本次改造中進(jìn)出罐閥門均為手動(dòng)閥門，操作不方便，勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以適應(yīng)現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展管理需要，同時(shí)考慮到罐區(qū)沒有足夠的儀表風(fēng)源的情況，確定閥門改造為電動(dòng)閥［1］。在選型前做了詳細(xì)調(diào)研考察，通過考察發(fā)現(xiàn)近年來世界各大專業(yè)閥門和執(zhí)行器生產(chǎn)廠家都開發(fā)出了為電動(dòng)閥門執(zhí)行器設(shè)計(jì)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，主要有美國的Limitorque公司的DDC-100TM系統(tǒng)和英國TOTORK公司的Pakscan IIE［2］系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)都能完全實(shí)現(xiàn)閥門執(zhí)行器等現(xiàn)場裝置與上位控制系統(tǒng)的通訊和智能化控制。鑒于此我們本次改造沒有考慮傳統(tǒng)的電動(dòng)閥控制方式，而是結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況確定了以橫河DCS為基礎(chǔ)［3］，選用了3套R(shí)OTORK公司的Pakscan IIE電動(dòng)閥門執(zhí)行器總線控制系統(tǒng)，與現(xiàn)場的109臺(tái)TOTORK智能一體化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成了Pakscan雙線環(huán)路控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)各罐區(qū)功能及原有橋架走向，確定了211、212罐區(qū)共用一套控制器，213用一套控制器、214、218單元共用一套控制器。選用3套冗余熱備份的PAKSCAN雙線控制器，每臺(tái)控制器與上位DCS控制系統(tǒng)采用RS485 MODBUS通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，通訊采用冗余方式。現(xiàn)場閥門通過一根兩芯電纜串聯(lián)起來連接到PAKSCAN雙線控制器，形成一個(gè)雙線環(huán)路系統(tǒng)。具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)由現(xiàn)場單元、雙線環(huán)路、Pakscan IIE控制站及DCS控制系統(tǒng)組成?，F(xiàn)場單元包括智能一體化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和安裝在其中的現(xiàn)場控制模塊構(gòu)成?，F(xiàn)場控制模塊帶有微處理器、用來儲(chǔ)存通訊地址及速率的存儲(chǔ)器和一個(gè)感應(yīng)環(huán)路電流的檢測器。作為雙線控制系統(tǒng)的核心，Pakscan IIE控制站具有模塊化結(jié)構(gòu)，是由一塊CPU卡、一塊電流回路接口卡、一塊電源卡和一塊帶有LCD屏幕鍵盤面板組合起來的架裝組件。固化于控制站中的Pakscan軟件包提供了一套先進(jìn)的、標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)先工程化的控制系統(tǒng)。使用控制站的顯示器和鍵盤能對Pakscan IIE雙線控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊、控制等方面的組態(tài)。在需要直接操作控制的場合，可在控制站上控制現(xiàn)場設(shè)備的“開”、“關(guān)”等。主工作站具有一個(gè)RS232C和一個(gè)RS485通訊接口，支持同DCS進(jìn)行MODBUS數(shù)據(jù)通訊。主控制站生成一個(gè)包括所有閥位信息的數(shù)據(jù)庫，DCS可以通過MODBUS協(xié)議通訊得到每一臺(tái)電動(dòng)閥的信息，并通過數(shù)據(jù)庫對現(xiàn)場電動(dòng)閥進(jìn)行控制。DCS選用橫河CS3000控制系統(tǒng)，作為一個(gè)成熟的控制系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

2 軟件組態(tài)設(shè)計(jì)

橫河DCS選用ALR121通訊卡件作為主通訊模塊。Pakscan IIE主站控制器是一個(gè)遠(yuǎn)程終端單元，作為Modbus從設(shè)備［4］。DCS通過主通訊模塊控制Pakscan IIE主站控制器的讀寫。系統(tǒng)采用兩線通訊方式，該方式最多可以連接32個(gè)Pakscan IIE主站控制器。

首先對通訊的初始參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在Pakscan IIE控制單元中設(shè)置通訊方式為RS485兩線通訊，端口：COM1（即串口一），波特率為9 600 bit/s，校驗(yàn)位為奇校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位。電動(dòng)閥的物理地址為0-256，隨便設(shè)一個(gè)即可，只要不和其他的沖突就行。對DCS通訊初始參數(shù)進(jìn)行同樣設(shè)置。例如在CS3000軟件中：FCS0101＼IOM＼NODE4＼5ALR121文件夾下，右鍵點(diǎn)擊5ALR12進(jìn)行以上設(shè)置。

其次在DCS通訊組態(tài)（Communication I/O Builder）窗口中進(jìn)行設(shè)置和羅托克閥門的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)［5］。具體參數(shù)設(shè)置及所表示意義舉例如下：比如Buffer（數(shù)據(jù)緩沖區(qū)）：100（100表示100個(gè)字），Program Name：K1-4-5MODBUS（表示NODE4的第5個(gè)模塊MODBUS通訊），在SIZE：100（這個(gè)里面的100這個(gè)值要小于等于Buffer里的100），PORT：1（串口一），IP ADDRESS不用設(shè)置，STATION：1（即羅托克閥門的物理地址0-256中的1），DeviceADDress：A31217（Pakscan IIE的數(shù)據(jù)區(qū)非常重要），Data Type：Input（Discrete）（讀取方式比如讀取閥門的開到位等、若是控制比如開指令應(yīng)選為OUT（Discrete）），Reverse：Bites（表示讀寫的是字節(jié)），Scan：normal（為一般的通訊速度），設(shè)置完后進(jìn)行下裝。

然后在DCS的Communication I/O Builder窗口中定義每一臺(tái)電動(dòng)閥門的工位號(hào)，接著在Control Drawing Builder窗口中添加SIO儀表。

通過編程、組態(tài)、連接，DCS操作站可以準(zhǔn)確的監(jiān)測和控制儲(chǔ)運(yùn)過程的所有信息和設(shè)備，形象地反映實(shí)際工藝流程、顯示動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，設(shè)置PID控制參數(shù)以及過程參數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)操作控制，并可以查看歷史趨勢、報(bào)警歷史報(bào)表等［6］。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

1）安裝方便維護(hù)簡單雙線環(huán)路控制器安裝在DCS機(jī)柜中，整個(gè)系統(tǒng)由一根兩芯屏蔽控制電纜連接起來形成環(huán)網(wǎng)，中間不需要中繼器，環(huán)路距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到20 km，可以帶最多240臺(tái)設(shè)備。與傳統(tǒng)的安裝控制相比較，節(jié)省了大量的電纜以及安裝調(diào)試費(fèi)用。

2）擴(kuò)展性能好系統(tǒng)自身的擴(kuò)展非常方便，當(dāng)有新的執(zhí)行機(jī)構(gòu)加入到網(wǎng)絡(luò)中，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)定位識(shí)別，并將數(shù)據(jù)信息加入報(bào)表，只需要通過控制器鍵盤及顯示屏更改現(xiàn)場模塊的數(shù)量。而且擴(kuò)展時(shí)的接線不會(huì)影響到系統(tǒng)其他閥門的正常運(yùn)行。系統(tǒng)擴(kuò)展開放性很好，對于非ROTORK執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以通過PAKBOX連接一樣可以構(gòu)成環(huán)路。

3）安全可靠PAKSCAN P3控制器采用冗余熱備控制器，在故障時(shí)可以實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。

PAKSCAN P3控制器與DCS控制系統(tǒng)通訊采用冗余方式，保證了系統(tǒng)通訊。即使通訊中斷，也可以直接在PAKSCAN P3控制器上直接控制現(xiàn)場閥門的開關(guān)。雙線環(huán)路與PAKSCAN P3控制器之間保持著完全的電流隔離，現(xiàn)場控制模塊也保持著環(huán)路信號(hào)檢測器與執(zhí)行器之間完全的電流隔離?？刂破髋c現(xiàn)場控制模塊均不會(huì)影響執(zhí)行器的就地控制，即使控制器與現(xiàn)場控制模塊故障，就地執(zhí)行器也能保持正常操作。

維護(hù)方便，系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測出故障類型、故障位置，并顯示出那一臺(tái)設(shè)備啟動(dòng)了環(huán)路回流功能，極大方便了設(shè)備的維護(hù)維修。如果雙線環(huán)路中的任意一臺(tái)或多臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行器出現(xiàn)故障，在斷電維修時(shí)，可保證其他環(huán)路設(shè)備正常通訊。

4）超強(qiáng)的系統(tǒng)容錯(cuò)能力PAKSCAN系統(tǒng)具有的“環(huán)路回流”功能使得系統(tǒng)只需要一根電纜就可以具備兩個(gè)方向上的冗余通訊通道，此系統(tǒng)電纜具有很強(qiáng)的電纜故障容錯(cuò)能力。

正常操作情況下，20 mA的環(huán)路電流信從主站控制器A端口的“出”至B端口的“入”，再從B端口的“出”流出至A端口的“入”。電纜斷路、短路等引起線路故障時(shí)，主控制站停止發(fā)送信號(hào)，每個(gè)現(xiàn)場控制模塊開啟“環(huán)路回流”功能，然后主控制站從A＼B端口依次關(guān)閉環(huán)路回流電流，直到檢查出故障設(shè)備或者故障線路位置。同時(shí)故障線路兩邊的設(shè)備可通過各自的環(huán)路與主站控制器通訊，當(dāng)有兩處線路發(fā)生故障時(shí)，這兩處故障之間的智能閥都被屏蔽，兩處故障之外的智能閥依然可以通過兩“臂狀”環(huán)路與主站控制器通訊。系統(tǒng)故障容錯(cuò)如下圖2所示。

圖2 系統(tǒng)故障容錯(cuò)Fig.2 Fault tolerance of system

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

該系統(tǒng)在09年元月份已經(jīng)調(diào)試完成正常投用，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，并產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益以及生產(chǎn)效益。

1）節(jié)約了建設(shè)投資。傳統(tǒng)的電動(dòng)閥控制方式109臺(tái)閥需要10×1.5的阻燃屏蔽電纜3萬多米，而這種控制方式只需要2×1.5電纜3 000 m左右，僅此一項(xiàng)即節(jié)約資金60多萬元。同時(shí)由于采用了總線控制方式，DCS控制系統(tǒng)節(jié)約了大量的I/O卡件。

2）減少了儀表維護(hù)量?？梢栽诳刂破髦酗@示故障類型及位置，極大方便了維護(hù)。

3）提高自動(dòng)化程度降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。操作工避免了去現(xiàn)場手動(dòng)開關(guān)閥門，直接在控制室就可以進(jìn)行倒罐操作。

5 結(jié)束語

該系統(tǒng)改造運(yùn)行以來一直運(yùn)行良好，方便，安全。這種電動(dòng)閥控制模式在距離遠(yuǎn)，操作不方便的油品罐區(qū)使用將會(huì)對降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效益產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，值得推廣應(yīng)用。

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