楊利豐,俞文光,張哲強(qiáng)
(1. 中國(guó)石油天然氣股份有限公司 大慶煉化分公司,黑龍江 大慶 163411;2. 浙江中控技術(shù)股份有限公司,杭州 310053)
中國(guó)石油天然氣股份有限公司大慶煉化分公司儲(chǔ)運(yùn)二段罐區(qū)分別設(shè)有汽油罐區(qū)、柴油罐區(qū)、一二期聚丙烯球罐區(qū)、液化氣罐區(qū)、常輸管線罐區(qū)、汽柴油罐區(qū)等7個(gè)罐區(qū),共配置了12臺(tái)珠峰ZYG-101A光導(dǎo)液位計(jì)、22臺(tái)霍尼韋爾Enraf伺服液位計(jì)、12臺(tái)艾默生SAAB雷達(dá)液位計(jì)、12臺(tái)珠峰ZYG-601光導(dǎo)液位計(jì)等4種智能儀表。為提高石化儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)生產(chǎn)管理水平,保障安全生產(chǎn),罐區(qū)DCS應(yīng)能在常規(guī)實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上,對(duì)智能儀表設(shè)備實(shí)現(xiàn)一定智能管理,即將4種智能儀表設(shè)備的液位及溫度測(cè)量信號(hào)在所配置的國(guó)產(chǎn)DCS上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控,并具備實(shí)時(shí)趨勢(shì)及歷史趨勢(shì)查詢、儀表工作情況調(diào)用等功能。
儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)的控制系統(tǒng)采用浙江中控技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的WebField系列DCS。DCS配有支持多種通信協(xié)議的通信卡件XP248,可實(shí)現(xiàn)與其他廠家DCS,PLC,各種現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的通信。XP248支持Modbus RTU協(xié)議、HostLink協(xié)議以及自定義通信協(xié)議。支持Modbus RTU協(xié)議的主機(jī)模式和從機(jī)模式。XP248通信卡支持4路串口的并發(fā)工作,每路串口支持RS-232和RS-485兩種通信方式。4個(gè)串口可同時(shí)運(yùn)行不同的協(xié)議。每一串口可以掛接的設(shè)備數(shù)量由運(yùn)行的協(xié)議決定,但最多不超過(guò)32個(gè)。XP248具備通道冗余功能及卡件冗余功能,4路串口中COM0-COM1,COM2-COM3可以配置為互為冗余的串行通道,并可配合卡件冗余功能實(shí)現(xiàn)多種冗余方案。
罐區(qū)中霍尼韋爾Enraf伺服液位計(jì)、艾默生SAAB雷達(dá)液位計(jì)、珠峰光導(dǎo)液位計(jì)ZYG-601等智能設(shè)備采用Modbus RTU協(xié)議通信,而珠峰光導(dǎo)液位巡檢儀ZYG-101智能設(shè)備采用的是自定義通信協(xié)議。筆者根據(jù)不同智能儀表的軟硬件性能與管理要求,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的通信連接方式。
Enraf 854XTG伺服液位計(jì)在一期聚丙烯球罐區(qū)配置10臺(tái)、液化氣罐區(qū)8臺(tái)、二期聚丙烯球罐區(qū)6臺(tái),24臺(tái)伺服液位計(jì)與通信接口單元CIU880 Prime通信連接如圖1所示。
圖1 Enraf 854XTG伺服液位計(jì)與通信接口單元CIU880 Prime通信
Enraf CIU通信控制單元分為兩層,第一層是現(xiàn)場(chǎng)總接口(CIU Prime),第二層是現(xiàn)場(chǎng)接口(CIU Plus)。其中CIU Prime實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集并提供2路輸出:1路將測(cè)量的信號(hào)送到CIU Plus中,另1路可連接Enraf公司的雷達(dá)專用調(diào)試軟件,對(duì)雷達(dá)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整,可以得到整個(gè)儲(chǔ)罐的波形圖。CIU Plus主要是硬件計(jì)算。可以通過(guò)Enraf的Ensite Pro軟件中提供的罐容數(shù)據(jù),結(jié)合Plus中內(nèi)置的國(guó)際通用ASTM和API石油計(jì)量表、國(guó)內(nèi)國(guó)標(biāo)石油計(jì)量表以及標(biāo)準(zhǔn)算法,根據(jù)CIU Prime得到的一次測(cè)量信號(hào),可以實(shí)時(shí)計(jì)算油品視體積、標(biāo)準(zhǔn)體積、標(biāo)準(zhǔn)密度以及質(zhì)量等數(shù)據(jù)。它同時(shí)可以具備多個(gè)獨(dú)立的輸出,可以連接到各個(gè)不同的系統(tǒng),如Entis Pro庫(kù)存管理系統(tǒng)、DCS等。
一期聚丙烯球罐區(qū)10臺(tái)Enraf 854XTG伺服液位計(jì)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)XPU通信板進(jìn)行串接連接到中控室CIU880 Prime的FieldPort1通信端口,液化氣罐區(qū)8臺(tái)Enraf 854XTG伺服液位計(jì)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)XPU通信板進(jìn)行串接連接到中控室CIU880 Prime的FieldPort2通信端口。二期聚丙烯球罐區(qū)6臺(tái)Enraf 854XTG伺服液位計(jì)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)XPU通信板進(jìn)行串接連接到中控室CIU880 Prime的FieldPort2通信端口。通信接口單元CIU880 Prime的Host1接口經(jīng)過(guò)電纜連接至DCS通信卡XP248的串口COM3,通過(guò)在DCS的組態(tài)編程軟件中的圖形化編程,把液位溫度信號(hào)顯示在DCS的監(jiān)控畫面上,提供給罐區(qū)操作人員監(jiān)控。通信接口單元CIU880 Prime的Host2接口經(jīng)過(guò)電纜連接至DCS的工程師站COM1口,通過(guò)Ensite Pro軟件可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的24臺(tái)Enraf 854XTG伺服液位計(jì)進(jìn)行維護(hù)和診斷調(diào)試。通信接口單元CIU880 Prime的通信配置見表1所列。
表1 Enraf CIU通信配置分配
長(zhǎng)輸管線球罐區(qū)6臺(tái)艾默生RTG3960雷達(dá)液位計(jì)、二期聚丙烯球罐區(qū)6臺(tái)艾默生RTG3960雷達(dá)液位計(jì),與現(xiàn)場(chǎng)連接單元FCU2160通信連接如圖2所示。
長(zhǎng)輸管線球罐區(qū)6臺(tái)艾默生RTG3960雷達(dá)液位計(jì)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)通信板串接至中控室1號(hào)FCU2160的FCM port口,二期聚丙烯球罐區(qū)6臺(tái)艾默生RTG3960雷達(dá)液位計(jì)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)通信板串接至中控室2號(hào)FCU2160的FCM port口。1號(hào)通信連接單元FCU2160的Modbus RS-232C/RS-485接口經(jīng)過(guò)電纜連接DCS通信卡XP248的串口COM1,2號(hào)通信連接單元FCU2160的Modbus RS-232C/RS-485接口經(jīng)過(guò)電纜連接至DCS通信卡XP248的串口COM2,通過(guò)在DCS的組態(tài)編程軟件中的圖形化編程,把液位、溫度、壓力信號(hào)顯示在DCS的監(jiān)控畫面上,提供給罐區(qū)操作人員監(jiān)控。
圖2 SAAB雷達(dá)通信構(gòu)成示意
需要注意的是通信連接單元FCU2160的RS-232C/RS-485接口只有1個(gè),不能像Enraf的通信接口單元CIU880 Prime那樣可以通過(guò)另1個(gè)通信接口經(jīng)過(guò)電纜連接至DCS的工程師站COM口,工程技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行維護(hù)和診斷調(diào)試時(shí),只能斷開與DCS的通信,連接上裝有WINSETUP軟件的手持終端或工程師站進(jìn)行雷達(dá)液位計(jì)的組態(tài)維護(hù)和診斷調(diào)試,這也是罐區(qū)雷達(dá)液位計(jì)通信的不足之處。
2.3.1傳統(tǒng)總線方式
汽油罐區(qū)6臺(tái)珠峰光導(dǎo)液位計(jì)ZYG-B101和柴油罐區(qū)6臺(tái)珠峰光導(dǎo)液位計(jì)ZYG-B101接入二次表ZYG-A101。該二次表通過(guò)RS-232C/RS-485接口經(jīng)過(guò)電纜連接至DCS通信卡XP248的串口COM1,通過(guò)在DCS的組態(tài)編程軟件中的圖形化編程,把液位、溫度信號(hào)顯示在DCS的監(jiān)控畫面上,提供給罐區(qū)操作人員監(jiān)控。但此種方式技術(shù)落后、通信故障率高,已逐漸淘汰。
2.3.2Modbus總線方式
汽柴油罐區(qū)的光導(dǎo)液位計(jì)在使用過(guò)程中,元器件老化嚴(yán)重,多次出現(xiàn)故障,造成整個(gè)罐區(qū)液位無(wú)法監(jiān)測(cè)。目前在用ZYG-B101變送器及二次表ZYG-A101設(shè)備,技術(shù)落后、性能差、工作不穩(wěn)定、多次更換新表未徹底解決問(wèn)題。因此,在本次升級(jí)方案中對(duì)珠峰光導(dǎo)儀表進(jìn)行了改造,取消二次表ZYG-A101,通過(guò)ZYG-601-ZM總線模塊將信號(hào)引入控制站XP248通信模塊,更新一次表12臺(tái),四線制減少為二線制,通過(guò)2塊ZYG-601-ZM總線模塊的RS-485通信接口接入DCS。
罐區(qū)控制系統(tǒng)配有2塊XP248通信卡SC1-4,SC2-3,通信地址分別設(shè)置為128.128.1.6,128.128.1.8。SC1-4 XP248多串口多協(xié)議通信卡的自定義變量中定義1字節(jié)變量,目的是記錄雷達(dá)液位計(jì)的通信狀態(tài)和溫度、液位、壓力等參數(shù)的診斷狀態(tài)。同時(shí)在自定義變量中定義4字節(jié)變量,用來(lái)記錄雷達(dá)液位計(jì)的溫度、液位、壓力等參數(shù)過(guò)程值和位號(hào)注釋及量程范圍。XP248和現(xiàn)場(chǎng)智能表建立通信后,把現(xiàn)場(chǎng)雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量參數(shù)存儲(chǔ)在4字節(jié)變量中,通過(guò)位號(hào)的方式在監(jiān)控畫面中調(diào)用和監(jiān)控。在SC2-3 XP248多串口多協(xié)議通信卡的自定義變量中定義1字節(jié)變量,用來(lái)記錄光導(dǎo)液位計(jì)的通信狀態(tài)及溫度、液位等參數(shù)的診斷狀態(tài),記錄伺服液位計(jì)的通信狀態(tài)及溫度、液位、壓力等參數(shù)的診斷狀態(tài)。同時(shí)在自定義變量中定義4字節(jié)變量,用來(lái)記錄伺服液位計(jì)的溫度、液位、壓力等參數(shù)的過(guò)程值和位號(hào)注釋及量程范圍,記錄光導(dǎo)液位計(jì)的溫度、液位參數(shù)的過(guò)程值和位號(hào)注釋及量程范圍。XP248和現(xiàn)場(chǎng)智能表建立通信后,把現(xiàn)場(chǎng)伺服液位計(jì)、光導(dǎo)液位計(jì)測(cè)量參數(shù)存儲(chǔ)在4字節(jié)變量中,通過(guò)位號(hào)的方式在監(jiān)控畫面中調(diào)用和監(jiān)控。
Modbus RTU通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)通過(guò)XP248內(nèi)部集成的通信功能塊實(shí)現(xiàn),在程序設(shè)計(jì)中只需插入固定的通信功能塊即可方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。筆者主要對(duì)采用自定義方式通信的軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行展示,自定義方式通信是采用語(yǔ)言依據(jù)雙方設(shè)備協(xié)商好的通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,通過(guò)編寫以光導(dǎo)液位計(jì)自定義方式通信的編程段落,達(dá)到通信數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收,程序流程如圖3所示。
圖3 程序流程示意
罐區(qū)DCS及各現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的數(shù)據(jù)通信從2011年運(yùn)行至今,穩(wěn)定可靠、精度高。筆者通過(guò)對(duì)罐區(qū)各類智能儀表的通信協(xié)議、硬軟件特色等通信機(jī)理的研究與工程設(shè)計(jì),解決了多種智能設(shè)備與DCS之間的通信問(wèn)題,對(duì)類似工程的設(shè)計(jì)實(shí)施有較大參考價(jià)值。
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