楊松柏，方坤，王俊杰

(中國(guó)石油塔里木油田分公司 塔西南儀表運(yùn)行維護(hù)工程部,新疆 澤普 844804)

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無(wú)線變送器在合成氨裝置中的成功應(yīng)用

楊松柏，方坤，王俊杰

(中國(guó)石油塔里木油田分公司 塔西南儀表運(yùn)行維護(hù)工程部,新疆 澤普 844804)

摘要：詳細(xì)介紹了無(wú)線變送器、網(wǎng)關(guān)等無(wú)線產(chǎn)品的工作原理及技術(shù)特點(diǎn)，針對(duì)二氧化碳再生塔、吸收塔采用有線儀表的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，優(yōu)選了無(wú)線改造方案，對(duì)二氧化碳再生塔和吸收塔進(jìn)行了無(wú)線設(shè)備的安裝、網(wǎng)絡(luò)組建、系統(tǒng)組態(tài)及調(diào)試。通過(guò)改造有效解決了引壓管線凍堵造成的測(cè)量不準(zhǔn)確問(wèn)題，提高了現(xiàn)場(chǎng)儀表的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，節(jié)約了成本，減少了維護(hù)量，且安裝、調(diào)試方便。

關(guān)鍵詞：無(wú)線變送器儀表網(wǎng)關(guān)傳感器

無(wú)線變送器采用自組織網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)，其性能可靠、安全。通過(guò)無(wú)線通信方式，可對(duì)敷設(shè)電纜困難的設(shè)備和區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而有效提升了工廠的維護(hù)水平，避免了事故停機(jī)，優(yōu)化了設(shè)備性能，降低了維護(hù)量。某合成氨裝置中重要的生產(chǎn)單元二氧化碳再生塔、吸收塔的差壓測(cè)量采用了無(wú)線變送器，分別安裝在塔頂和塔底，測(cè)量塔頂、塔底差壓，通過(guò)網(wǎng)關(guān)采用Modbus方式將數(shù)據(jù)送至DCS，然后由DCS進(jìn)行差壓計(jì)算，目前5塊無(wú)線變送器使用正常。

1儀表無(wú)線技術(shù)概述

1.1基本構(gòu)成

1) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量單元。包括無(wú)線變送器、無(wú)線位置開(kāi)關(guān)等無(wú)線儀表，用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)的采集。

2) 信號(hào)接收和轉(zhuǎn)換單元。無(wú)線變送器采集來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換。

3) 信號(hào)傳輸單元。網(wǎng)關(guān)處理完成的數(shù)據(jù)通過(guò)雙絞線傳送至控制室內(nèi)的通信卡。

4) 通信單元。通信卡由DCS或者PLC系統(tǒng)廠商提供，通信方式支持Modbus(TCP和RTU)，OPC，HTTP等。

5) 組態(tài)單元。利用組態(tài)軟件對(duì)無(wú)線變送器的地址、傳輸速率等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

1.2技術(shù)特點(diǎn)

1) 低能耗傳感器。具有先進(jìn)的傳感器電子元件、超低功耗的內(nèi)置微波發(fā)射元件，能保證可靠的通信；實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的能源管理最小化電能消耗，自組織網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，可快速同步喚醒、同步休眠，網(wǎng)關(guān)1420動(dòng)態(tài)優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電源消耗，平衡各設(shè)備的負(fù)荷，無(wú)線變送器電池可用5～15 a。

a) 網(wǎng)絡(luò)管理。具有簡(jiǎn)單強(qiáng)大的安全網(wǎng)絡(luò)，采用密鑰輪換管理，VPN虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)易組建和擴(kuò)展。

b) 數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)的可靠性大于99%，能夠記錄和保存用戶(hù)歷史數(shù)據(jù)、歷史趨勢(shì)，與DCS采用多種方式通信，如Modbus(TCP和RTU)，OPC，HTTP，具有用戶(hù)預(yù)警功能。

c) 設(shè)備管理。組態(tài)簡(jiǎn)單方便，具有設(shè)備自診斷功能。

d) 大容量。設(shè)備容量足夠大，一個(gè)網(wǎng)關(guān)可以帶100臺(tái)無(wú)線設(shè)備。

3) 采用自組織Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。具有精確時(shí)間同步網(wǎng)格架構(gòu)(TSMP)，采用IEEE 802.15.4和調(diào)頻技術(shù)，具有全面的安全措施，通信安全可靠，幾乎適應(yīng)所有的干擾環(huán)境，同其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)友好共存，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生變化時(shí)，能自動(dòng)重新完成組態(tài)，無(wú)需人工介入?，F(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)物理層協(xié)議，2.4 GHz ISM頻段。冗余的數(shù)據(jù)通信路徑，可以消除單點(diǎn)故障，用于監(jiān)測(cè)、開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制，系統(tǒng)最大規(guī)模100 000個(gè)節(jié)點(diǎn)。

1.3優(yōu)點(diǎn)

1) 節(jié)約成本。

a) 減少自動(dòng)控制室硬件及空間。由于數(shù)據(jù)傳送只需要1根電纜，節(jié)約了機(jī)柜和卡件，同時(shí)節(jié)省了控制室的空間。

復(fù)合型人才的培養(yǎng)離不開(kāi)高素質(zhì)的師資隊(duì)伍，培養(yǎng)復(fù)合型信息與計(jì)算科學(xué)人才，對(duì)師資隊(duì)伍提出了很大挑戰(zhàn)．需要制定師資隊(duì)伍建設(shè)新方案，針對(duì)高素質(zhì)復(fù)合型人才培養(yǎng)的要求，構(gòu)建適應(yīng)復(fù)合型人才培養(yǎng)的師資結(jié)構(gòu)．一方面，要加強(qiáng)對(duì)骨干教師的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，同時(shí)制定激勵(lì)措施，鼓勵(lì)專(zhuān)業(yè)教師到企業(yè)一線鍛煉或有計(jì)劃地選派有潛質(zhì)的青年教師直接參與企業(yè)的項(xiàng)目實(shí)踐；另一方面，聘請(qǐng)校外一些優(yōu)秀的數(shù)據(jù)挖掘工程師、軟件工程師、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的培訓(xùn)講師等兼職任教、合作研究，擴(kuò)大復(fù)合型人才培養(yǎng)的師資力量．

b) 節(jié)省材料。普通變送器每1臺(tái)都必須有2根信號(hào)線，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)關(guān)只需1根雙絞線和普通電源線到控制室，節(jié)省了電纜及相關(guān)的配置，如繞管、接頭等。

c) 節(jié)省硬件安裝費(fèi)用。連接電纜及相關(guān)配置減少，直接減少了安裝及調(diào)試費(fèi)用。

d) 縮短項(xiàng)目時(shí)間。新項(xiàng)目中快速處理設(shè)計(jì)延遲及臨時(shí)變更；自控系統(tǒng)快捷和低成本升級(jí)；與已存在系統(tǒng)RTU，PLC及任何DCS無(wú)縫集成。

2) 安裝、調(diào)試方便。無(wú)線儀表在運(yùn)行期間安裝不會(huì)影響裝置的正常運(yùn)行，且不需要敷設(shè)電纜，只需安裝變送器，簡(jiǎn)單方便。無(wú)線儀表的安裝和常規(guī)儀表安裝方式相同，技術(shù)人員不需額外培訓(xùn)，從而加快了無(wú)線儀表安裝和調(diào)試的進(jìn)度。

3) 減少維護(hù)量。由于無(wú)線變送器基本都直接裝在管道上，沒(méi)有引壓管線，不需要保溫伴熱，因而不存在凍表的情況，日常維護(hù)幾乎沒(méi)有。

4) 方便擴(kuò)容。如果還需要安裝其他無(wú)線儀表，可在現(xiàn)場(chǎng)直接安裝，系統(tǒng)組態(tài)即可，對(duì)現(xiàn)有無(wú)線儀表系統(tǒng)無(wú)影響。

2二氧化碳再生塔和吸收塔存在的問(wèn)題

二氧化碳再生塔、吸收塔是化肥廠的重要生產(chǎn)單元，塔高約40 m，對(duì)二氧化碳再生塔、吸收塔的壓力監(jiān)測(cè)均采用普通差壓變送器完成。由于地處西北地區(qū)，冬季氣溫較低，引壓管線(長(zhǎng)達(dá)50 m)經(jīng)常被凍堵，由于采用的是蒸汽伴熱，伴熱管線也常出現(xiàn)凍堵的情況，儀表安裝在塔上，位置較高，空間較狹窄，不方便作業(yè)，且存在很大風(fēng)險(xiǎn)。處理伴熱管線和儀表管線凍堵通常要花費(fèi)數(shù)天的時(shí)間，導(dǎo)致儀表無(wú)法正常工作，吸收塔壓差超過(guò)40 KPa，就會(huì)造成泛塔，合成工藝及尿素工藝必須停車(chē)處理，嚴(yán)重影響了合成氨裝置工藝安全生產(chǎn)和正常操作，造成產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)，尿素產(chǎn)量下降，給工廠效益帶來(lái)很大損失。

3差壓系統(tǒng)的改造

3.1設(shè)備的安裝

1) 二氧化碳吸收塔設(shè)入口壓力、出口壓力無(wú)線變送器共2臺(tái)，分別位于吸收塔中部和頂部，安裝好三閥組和變送器，用石棉繩和玻璃布將無(wú)線變送器根部包好，打開(kāi)正壓室和負(fù)壓室閥門(mén)，關(guān)閉平衡閥，投用儀表。

2) 二氧化碳再生塔設(shè)入口壓力、出口壓力、頂部壓力無(wú)線變送器共3臺(tái)，分別位于再生塔中部、頂部和壓縮廠房外平臺(tái)，安裝好三閥組和變送器，用石棉繩和玻璃布將無(wú)線變送器根部包好，打開(kāi)正壓室和負(fù)壓室閥門(mén)，關(guān)閉平衡閥，投用儀表。

3) 在壓縮廠房外平臺(tái)合適位置設(shè)好網(wǎng)關(guān)，要保證能搜索到所有無(wú)線變送器。

4) 為了保證信號(hào)傳輸?shù)陌踩煽?，需要?根雙絞線，當(dāng)1根雙絞線出現(xiàn)故障時(shí)，更換另1根雙絞線使用，保證信號(hào)傳輸?shù)臅惩ê蛢x表的正常使用。

3.2系統(tǒng)組態(tài)及調(diào)試

1) 現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線變送器設(shè)置好量程、工程單位、阻尼時(shí)間等參數(shù)，完成一次表的組態(tài)。

2) 用艾默生智能設(shè)備管理軟件或利用1420網(wǎng)關(guān)的Web頁(yè)面，完成網(wǎng)關(guān)的組態(tài)。

3) 在系統(tǒng)的通信卡組態(tài)里分配好5塊無(wú)線變送器的地址，地址不能和其他地址有沖突。

4) 調(diào)整通信卡撥碼開(kāi)關(guān)到兩線制位置，按通信卡上端子順序接好信號(hào)線，正常時(shí)指示燈綠色，且不停閃爍。

5) 所有組態(tài)和調(diào)試完成后，監(jiān)視儀表測(cè)量值，如果測(cè)量值準(zhǔn)確無(wú)誤，整個(gè)系統(tǒng)安裝調(diào)試完成，聯(lián)系工藝人員設(shè)備投用。

4結(jié)束語(yǔ)

該項(xiàng)目從2008年8月投入運(yùn)行至今，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行正常。通過(guò)對(duì)二氧化碳吸收塔、再生塔儀表的改造，徹底解決了儀表引壓管線凍堵造成測(cè)量不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，提高了現(xiàn)場(chǎng)儀表的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，同時(shí)減少了儀表維護(hù)量，節(jié)約了成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭友寒，原一峰.智能無(wú)線變送器的研究及其應(yīng)用[J].管理工程師，2013(03)： 41-47．

[2]石踐.工業(yè)無(wú)線技術(shù)(無(wú)線變送器)在電廠的應(yīng)用場(chǎng)合探討及在貴州盤(pán)縣電廠的可靠性測(cè)試[J].自動(dòng)化博覽，2010(增刊1)： 163-166.

[3]胡伯琪.工業(yè)無(wú)線(無(wú)線變送器)在鎮(zhèn)海煉化8公里乙烯運(yùn)輸管線項(xiàng)目的應(yīng)用[J].自動(dòng)化博覽，2009(07)： 47-51．

[4]鄭水成，董愛(ài)娜.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及變送器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2011，47(05)： 60-63．

[5]凌志浩，張?jiān)苿P，張心泉.基于CC2430的無(wú)線溫度變送器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化博覽，2009(增刊1)： 36-39.

[6]江天生.霍尼韋爾公司OneWireless工業(yè)無(wú)線方案: 無(wú)線變送器產(chǎn)品介紹[J].自動(dòng)化博覽，2010(05)： 56-58.

[7]張?jiān)苿P，凌志浩，徐志遠(yuǎn).生物發(fā)酵過(guò)程pH值檢測(cè)的無(wú)線變送器設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2007(12)： 30-34.

[8]顧健.橫河CS3000系統(tǒng)在PVC裝置的應(yīng)用和改進(jìn)[J].硅谷，2012(01)： 140.

[9]馬振南.橫河CS3000控制系統(tǒng)在HDPE裝置的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2013(11)： 50-52.

[10]蔣鑫，于冬菊.橫河CS3000系統(tǒng)中Profibus通訊技術(shù)的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2005(10)： 85-89.

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2016)01-0074-02

作者簡(jiǎn)介：楊松柏(1978—)，男，四川綿陽(yáng)人， 2003年畢業(yè)于西南石油學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)就職于中國(guó)石油塔里木油田分公司塔西南儀表運(yùn)行維護(hù)工程部，任工程師。

稿件收到日期： 2015-10-17，修改稿收到日期： 2015-12-10。