孫寶歧 陳高科 王 軍

(中國石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部，蘭州 730060)

艾默生智能無線技術方案及其應用

孫寶歧 陳高科 王 軍

(中國石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部，蘭州 730060)

將艾默生智能無線技術方案應用于年產(chǎn)量5萬噸的丁腈裝置中。目前裝置已成功開車，4臺無線儀表每隔30s刷新一次數(shù)據(jù)，且測量數(shù)據(jù)準確。

智能無線技術 DeltaV DCS系統(tǒng) Wireless HART技術 自組織無線網(wǎng)絡

艾默生智能無線技術是研究和開發(fā)最早的一種工業(yè)無線技術，具有接線少和投入成本低的優(yōu)勢，該技術最具特征的網(wǎng)格狀網(wǎng)絡體系使得無線通信的可靠性達到了99.99%以上的工業(yè)級要求，遠高于點對點無線通信技術，因此在化工生產(chǎn)和控制領域得到了廣泛應用[1]。作為艾默生工廠管控網(wǎng)Plant Web數(shù)字工廠的一部分，智能無線技術方案的應用減少了與有線設計和安裝相關的工作，也減少了機柜、線纜、終端、電纜橋架及安裝圖紙等工作，可為后期改造和新上項目建設提供更加靈活的設計和施工選擇，能夠節(jié)省90%以上的安裝成本。

1 智能無線技術方案

艾默生智能無線技術方案(圖1)所使用的現(xiàn)場設備具有智能預測的優(yōu)點，能解決諸多工廠中的測控盲點難題。現(xiàn)場設備組成一個自組織無線網(wǎng)絡(Wireless HART技術[2])，設備之間的通信可以自由選擇路徑，一臺1420無線網(wǎng)關最多掛接100個無線設備。在自組織無線網(wǎng)絡中，每一臺現(xiàn)場設備都是其他鄰近設備的路由器，它們接力傳遞數(shù)據(jù)，直到這些數(shù)據(jù)通過智能無線網(wǎng)關到達控制室。整個網(wǎng)絡的規(guī)模越大設備越多，提供的冗余通信路徑越多，網(wǎng)絡通信的功能也就越強大[3]。該方案通過整合創(chuàng)新自組織無線通信技術、跳頻技術、全網(wǎng)格冗余通信技術、時間同步技術和艾默生在行業(yè)內技術領先的無線設備，如1420無線網(wǎng)關、3051S無線壓力變送器及AMS智能設備管理軟件等，最終實現(xiàn)與DeltaV DCS系統(tǒng)和其他主機系統(tǒng)(包括PLC)的無縫式數(shù)據(jù)通信。

圖1 艾默生智能無線技術方案

智能無線現(xiàn)場網(wǎng)絡與DeltaV DCS系統(tǒng)的集成如圖2所示。DeltaV 10.3版本以后的DCS系統(tǒng)可以將無線網(wǎng)關直接掛在有線控制網(wǎng)絡上，就像普通的控制器節(jié)點一樣。DeltaV提供標準的接口和網(wǎng)管集成，組態(tài)工具也完全支持網(wǎng)關、儀表組態(tài)和設備監(jiān)視功能，實現(xiàn)傳統(tǒng)有線控制系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡的無縫結合。

2 應用實例

中國石油蘭州石化公司橡膠廠在年產(chǎn)量5萬噸的丁腈裝置2000#化學品配置單元的V-208終止劑罐、V-209除氧劑罐、V-202乳化劑罐和V-205氫氧化鈉罐的進料管線處共安裝了4臺3051S無線變送器，用來測量V-208、V-209罐的液位和V-202、V-205罐的進料管線壓力。同時，利用安裝在現(xiàn)場的1420無線網(wǎng)關和一根普通的2×1.5mm電纜，通過Modbus/RTU方式與控制室的DeltaV DCS系統(tǒng)建立通信，在DeltaV DCS系統(tǒng)上進行組態(tài)和顯示，實現(xiàn)對上述工藝過程變量的測量、監(jiān)視和報警。

圖2 智能無線現(xiàn)場網(wǎng)絡與DeltaV DCS系統(tǒng)的集成

2.1無線網(wǎng)關的配置

為了對無線智能網(wǎng)關進行配置[4]，必須通過PC和網(wǎng)關之間建立本地連接。

首先給網(wǎng)關上電，1420網(wǎng)關正常工作時需要24V(DC)供電(圖3)。

圖3 1420網(wǎng)關端子

然后使用網(wǎng)線連接PC和網(wǎng)關(P1)以太網(wǎng)插口。

在PC上找到Local Area Connection，點擊Properties，選中Internet Protocol(TCP/IP)，雙擊手動配置：IP地址為192.168.1.10，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，點擊OK退出設置窗口。

打開IE瀏覽器，在地址欄輸入https://192.168.1.10進入默認網(wǎng)頁。對彈出的安全警告點擊“YES”，再點擊Setup→Internet Protocol→Address進入網(wǎng)絡設置，配置靜態(tài)IP地址或設置DHCP并輸入主機名，通過Setup→Restart Apps重新啟動應用軟件。

重新打開1420網(wǎng)關的Web頁面對1420網(wǎng)關的Modbus進行設置(圖4)。

圖4 1420網(wǎng)關的Modbus設置界面

2.2現(xiàn)場無線變送器的配置

安裝現(xiàn)場無線變送器的電池，使用HART375設置無線儀表量程、位號等參數(shù)，設置與網(wǎng)關一致的網(wǎng)絡ID和握手密碼，建立現(xiàn)場無線儀表與1420無線網(wǎng)關的通信連接，再回到1420無線網(wǎng)關，在Setup→Modbus→Mapping中對4臺無線表的過程參數(shù)進行設置。3051S壓力變送器的4個參數(shù)為：Primary Value(PV)過程壓力值、Second Value(SV) 傳感器溫度、Trilogy Value(TV) 變送器線路板溫度和Quartet Value(QV) 電池電壓。

2.3DeltaV DCS系統(tǒng)串口通信卡的設置與組態(tài)

2.3.1串口通信卡設置

DeltaV DCS系統(tǒng)每個串口通信卡含有兩個通信口，其中接線端子1～6為通信口1(P01)，接線端子7～12為通信口2(P02)。把從現(xiàn)場1420無線網(wǎng)關過來的RS-485通信線接到串口通信卡的端子2(+)和4(-)上，屏蔽線接到端子1上。

DeltaV DCS系統(tǒng)與1420無線網(wǎng)關之間的通信采用RS-485半雙工串口通信方式，Modbus/RTU協(xié)議，比特率19 200bit/s，奇偶校驗為even，其他設置通過點擊DeltaV DCS通信卡的P01通道屬性進行設置，具體如圖5所示。設置完成后下裝串口卡，串口卡的通信口1燈長亮說明通信已建立，且數(shù)據(jù)通信正常。

2.3.2DCS系統(tǒng)的module組態(tài)

在DCS系統(tǒng)上分別建立LT-2108(圖6)、LT-2109、PT-2108(圖7)和PT-2109共4個module組態(tài)，DeltaV數(shù)據(jù)類型為帶狀態(tài)的浮點量，PLC Data Type為Holding Registers，其余設置為默認，40001～40007用來讀取現(xiàn)場4臺無線變送器的測量值，具體如下：

40001：LT-2108.PV V-208罐液位測量值

40003：LT-2109.PV V-209罐液位測量值

40005：PT-2108.PV V-202罐進料管線壓力

40007：PT-2109.PV V-205罐進料管線壓力

由于液位是百分比顯示，所以在AI模塊后加一個減法器(減掉遷移量)和除法器(除以量程值)。按照工藝要求設置液位和壓力的低低限(LL)、低限(L)、高限(H)、高高限(HH)報警。

下裝4個module到控制器，通過DeltaV的Operate Configure圖形編輯器繪制工藝流程圖，并在流程圖上建立V-208、V-209罐的液面和V-202、V-205罐的進料管線壓力數(shù)據(jù)連接棒圖，然后將這4個測量值顯示到流程顯示畫面(圖8)上。經(jīng)過DCS系統(tǒng)中控顯示和現(xiàn)場實際標定，DCS系統(tǒng)顯示值與實際值完全一致。

圖5 通信卡P01通道屬性設置界面

圖6 LT-2108 module組態(tài)

圖7 PT-2108 module組態(tài)

圖8 測量值在操作流程圖上的顯示畫面

3 結束語

筆者介紹了一種艾默生智能無線技術方案，并將該方案應用于中國石油蘭州石化公司橡膠廠年產(chǎn)量5萬噸的丁腈裝置中。目前裝置已開車成功，4臺無線儀表每隔30s刷新一次數(shù)據(jù)，且測量數(shù)據(jù)準確無誤。雖然該方案只是一個簡單的無線網(wǎng)絡架構，但它的成功應用，顯示了智能無線技術具有巨大的優(yōu)勢。同時，該方案可實現(xiàn)企業(yè)內生產(chǎn)操作、過程監(jiān)控、資產(chǎn)管理、經(jīng)營和市場管理一體化的全過程，為企業(yè)構建大型聯(lián)合智能化工廠提供一定的參考依據(jù)。

[1] 高晉樹,王洪元,潘操,等.基于無線HART的智能儀表在線監(jiān)控系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表,2011,38(12):1449～1453.

[2] 彭瑜.無線HART協(xié)議:一種真正意義上的工業(yè)無線短程網(wǎng)協(xié)議的概述和比較[J].儀器儀表標準化與計量,2007,(5):31～37.

[3] 席建華,王豪.工廠管控網(wǎng)技術的應用[J].石油化工自動化,2014,50(1):6～9.

[4] 張旭東,凌志浩.基于HART協(xié)議的實時設備管理系統(tǒng)[J].華東理工大學學報(自然科學版),2001,27(5):514～517.

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1000-3932(2016)11-1222-05

2016-06-08(修改稿)