基于現場(chǎng)總線(xiàn)的油庫監控系統研發(fā)

3.2.1管控主站層
主站層全部采用SIEMENSPLC模塊，CPU414–DP，通過(guò)CP443–5模塊與網(wǎng)絡(luò )通訊。主站PLC（可以是多個(gè)不能相互控制但可以相互傳輸數據的PLC）與上層PC相聯(lián)構成主控中心，工程師站用于各個(gè)現場(chǎng)從站的組態(tài)和維護，操作員站完成對油罐各個(gè)部分的運行監視、數據采集和其它自動(dòng)檢測系統的調度功能。主站配備打印機用于報表打印、報警打印。整體采用C/S結構，系統服務(wù)器雙機熱備以增加系統可靠性，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與上層通訊接入整個(gè)企業(yè)辦公管理系統。該層是整個(gè)油庫監控系統的調度核心。
3.2.2庫區PROFIBUS–DP主干網(wǎng)絡(luò )層
庫區主干層采用的是PROFIBUS，選用4芯光纖，冗余連接，所有分站通過(guò)．PROFIBUS接入主站，實(shí)現數據的采集、信息的交流，每個(gè)罐區的溫度、液位、流量、管道壓力、視頻信號、電磁閥信號傳輸到主站。
3.2.3執行器、傳感器層
AS–i即執行器—傳感器接口，是一種用于在主控制器和傳感器/執行器之間雙向交換信息的總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，它屬于現場(chǎng)總線(xiàn)的底層網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)網(wǎng)關(guān)它與PROFIBUS實(shí)現連接，網(wǎng)關(guān)作為上層總線(xiàn)的一個(gè)節點(diǎn)，下面可以?huà)旖右慌鶤S–i從站。AS–i總線(xiàn)主要用于具有開(kāi)關(guān)量特征的傳感器/執行器系統，傳感器可以是各種遠離接近開(kāi)關(guān)以及溫度、壓力、流量、液位開(kāi)關(guān)等。執行器可以是各種開(kāi)關(guān)閥門(mén)，聲、光報警器，也可以是其它電器。傳感器/執行器掛接在A(yíng)S–i總線(xiàn)上的方式分為兩種，一種是帶有AS–i通信接口的智能A/S，內部裝有AS–i模塊專(zhuān)用芯片，直接掛接到AS–i總線(xiàn)上；另一種是分布式的，由專(zhuān)門(mén)的AS–i接口模塊和普通的A/S連接起來(lái)。AS–i電纜采用2芯扁平電纜，穿刺安裝把線(xiàn)壓在連接件上，簡(jiǎn)單可靠，它是由特殊的合成橡膠作為絕緣保護層，當它被從連接件上拔下，穿孔處自動(dòng)閉合，因此可反復使用，它不僅傳輸報文，還通過(guò)網(wǎng)絡(luò )給A/S等電路提供電源。
如圖3所示，AS–i總線(xiàn)通過(guò)SIEMENSDP/AS–i鏈路模塊與PROFIBUS-DP總線(xiàn)連接，這種耦合器是PROFIBUS-DP從控設備和AS-i的主控設備，可連接最多62個(gè)AS–i從站模塊，這些從站模塊的狀態(tài)都被DP/AS–i鏈路模塊的LED顯示。DP/AS–i鏈路模塊由AS–i扁平電纜供電，無(wú)需附加電源。圖3中K45，K60模塊是防護等級為IP65/67的現場(chǎng)安裝AS–i接口緊湊型模塊，有數字型、模擬型和氣動(dòng)型，通過(guò)A/S連接器與傳感器/執行器相聯(lián)。

帶OLM光纖鏈路模塊的PROFIBUS-DP光纖網(wǎng)絡(luò )由于使用光信號傳輸，不會(huì )因為外部干擾場(chǎng)而受到損害，無(wú)接地問(wèn)題，實(shí)現了電氣隔離，對于罐區的安全大有裨益，而且重量輕，安裝方便。OLM光纖鏈路模塊具有工業(yè)雙絞線(xiàn)（ITP）和FOC（光纖）接口，通過(guò)FOC接口，幾個(gè)OLM可組成如圖2的光纖環(huán)網(wǎng)。
3.3PLC的選型配置
為保證技術(shù)先進(jìn)，操作簡(jiǎn)便，方便后續的擴建，設計采用西門(mén)子公司的S7-400系列PLC產(chǎn)品，它模塊化結構、擴展功能強，結構堅固、可靠性高、功能全面、運行速度快，具有強大的通訊能力和集成的系統功能，應用方便，適用于油庫油料流量、罐壁壓力等的監控工程。油庫數據采集和狀態(tài)監視多、程序控制較多，使用S7-400作為主站，通過(guò)CP443-5通信模塊與PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )通信，現場(chǎng)信號通過(guò)PROFIBUS傳至主站。
S7-400可以帶電插拔輸入/輸出模塊，運行時(shí)即可更換模塊，以保證系統連續不間斷運行。S7—400主要性能指標如下：①程序運算速度，位和整數運算0.1/μs，浮點(diǎn)運算0.6/μs；②I/O功能，DI/DO：65536，AI/AO：4094；③用戶(hù)內存，128kB用于程序，128kB用于數據，可擴展至15MB；④通用接口，多點(diǎn)接口MPI，PROFIBUS—DP：12Mbit/s。
3.4軟件設置
PROFIBUS-DP總線(xiàn)共有7個(gè)站，其中S7-400作為Master主站，其余均為Slave從站，應用STEP7對各個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行地址分配，使系統組態(tài)，并且對可以設置的模塊參數化，同時(shí)還要進(jìn)行通信組態(tài)，確保參數匹配正確，使網(wǎng)絡(luò )真正建立通信。

工控機監控軟件WinCC是基于人機交互式監控系統，運行于Windows平臺上，其強大的過(guò)程接口界面和高度的安全數據存檔特性，適合于油庫流程和控制過(guò)程的操作及監控。該軟件根據用戶(hù)建立的數據信息，把PLC信息直接連接到用戶(hù)應用圖形上。操作人員可以通過(guò)操作畫(huà)面及流程圖，監控油庫狀態(tài)和運行數據，發(fā)出控制命令，也可進(jìn)行參數修改、故障處理復位、報表打印等，實(shí)現自動(dòng)化管理。其主要操作畫(huà)面有：①油庫工程平面總貌布置圖；②油庫工藝流程及模擬靜態(tài)、動(dòng)態(tài)圖；③油庫工程自動(dòng)控制系統及電氣接線(xiàn)圖；④各個(gè)罐區參數顯示圖、實(shí)時(shí)及歷史趨勢圖、報警摘要列表顯示。
4總結
現階段具有總線(xiàn)接口的智能儀表多為進(jìn)口，而油庫傳統設備較多，全總線(xiàn)系統難以一蹴而就。本監控系統以PROFIBUS為系統骨干，AS–i總線(xiàn)為補充的集成結構一定程度上解決了這種矛盾，適合于我國油庫現狀。該系統整體性好，安全可靠，功能齊全，運行維護方便，應用后獲得了用戶(hù)的好評。整個(gè)油庫自動(dòng)化是非常復雜的系統，投資大，難以一步到位，在改造、再建油庫監控系統時(shí)應整體規劃、漸進(jìn)實(shí)施。