基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)在罐區管理控制系統中應用

　　由于我國具體的國情，長(cháng)期以來(lái)對罐區的管理主要是靠人工進(jìn)行，并沒(méi)有形成真正意義上的“監控系統”。以油罐為例，最初只是靠有經(jīng)驗的工人利用油尺通過(guò)對各油罐的液位高度進(jìn)行測量（即通常所講的“人工檢尺”）的方法來(lái)對油罐進(jìn)行監視。該方法原始而又繁瑣，人為因素影響大，精度低，而且危險區中的有毒有害氣體對操作工的身體造成很大的危害，操作工在油罐上爬上爬下很不安全。為了提高對儲罐參數測量的精度以及保護工人的身體健康，減輕工人的勞動(dòng)強度，到了90年代初，各油罐上基本都裝備了能夠對液位進(jìn)行自動(dòng)測量的儀表。該儀表一般由一次儀表和二次儀表兩部分組成。位于現場(chǎng)的一次儀表采集各油罐的液位參數并通過(guò)統一的模擬信號如4-20mA的直流電流信號或某種專(zhuān)用的通訊協(xié)議送往集中控制室的二次儀表。此時(shí)操作人員就可以坐在控制室里通過(guò)二次儀表縱觀(guān)各油罐的狀況了。但通過(guò)這些二次儀表僅僅能夠對儲罐參數進(jìn)行“監視”而無(wú)法實(shí)施控制，因此具體的控制工作仍需人工進(jìn)行。隨著(zhù)生產(chǎn)規模的不斷擴大，罐區的規模也越來(lái)越大，油品的種類(lèi)也不斷增加。管理人員按照由生產(chǎn)部門(mén)所制訂的生產(chǎn)計劃和常年積累下來(lái)的經(jīng)驗對罐區進(jìn)行監視與控制的管理方式越來(lái)越顯示出其在實(shí)時(shí)性、準確性、合理性方面的不足。同時(shí)，由于煉油裝置的自動(dòng)化水平的不斷提高對罐區的管理也提出了更高的要求，因此管理人員的責任和壓力也不斷增加，這對生產(chǎn)的安全是很不利的。

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，可靠性的不斷提高，以及價(jià)格的大幅度降低，計算機在工業(yè)中的應用越來(lái)越普及?？删幊炭刂破鳎≒LC）以及由多個(gè)計算機遞階構成的集中與分散相結合的集散控制系統DCS（DistributedControlSystem）被廣泛地應用到各行各業(yè)。由于DCS在煉油廠(chǎng)各裝置中的廣泛應用，廣大工程技術(shù)人員具備了較豐富的經(jīng)驗，因此在構造罐區監控系統的時(shí)候紛紛參照各裝置中DCS的做法。在硬件結構方面，類(lèi)似于煉油裝置，罐區現場(chǎng)的儀表將溫度、液位等參數轉換成統一的模擬信號然后點(diǎn)對點(diǎn)地送往控制室的操作控制部分。但是，由于罐區有別于一般煉油裝置的突出特點(diǎn)是地理分布很廣泛，控制分散，因此系統結構采用與煉油裝置相同的點(diǎn)對點(diǎn)連接方式時(shí)，就需要用到比一般裝置多很多的電纜和接線(xiàn)端子及橋架等附件，系統施工時(shí)要耗費大量的人力，且很難保證連接的可靠性。為數眾多的連接點(diǎn)及故障診斷的困難，也給日后系統的檢修及維護帶來(lái)了很大的不便。并且信號長(cháng)距離的傳輸使信號的精度大大降低。

　　當今國際上現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟，并在一些特定的應用領(lǐng)域顯示了自己的影響和優(yōu)勢。現場(chǎng)總線(xiàn)是用于過(guò)程控制現場(chǎng)儀表與控制室之間的一個(gè)標準的、開(kāi)放的、雙向的多站數字通信系統，儀表與控制系統間通過(guò)總線(xiàn)采用一對多的方式實(shí)現雙向的、全數字信號通訊，減少大量布線(xiàn)，易于系統安裝和維護，同時(shí)，將控制任務(wù)下放至本地儀表，危險徹底分散，加強系統的自主能力，可對現場(chǎng)變化實(shí)時(shí)作出響應。在我國，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展才剛剛起步，特別是在罐區管理方面很少有應用，如何結合現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)本身的特點(diǎn)及我國國情，將其應用于各行業(yè)，推動(dòng)我國自動(dòng)化領(lǐng)域現代化進(jìn)程，是廣大科技人員面臨的主要問(wèn)題。石油化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程復雜多變，并且生產(chǎn)環(huán)境帶有潛在爆炸危險，在這一領(lǐng)域中對基于現場(chǎng)總線(xiàn)的新型控制系統提出了如下四個(gè)最基本的要求：

　　1）、要有完備的防爆保護措施，以保證在爆炸危險環(huán)境中生產(chǎn)過(guò)程的絕對安全。

　　2）、要有很高的可靠性，以保證數據在任何狀況下的可靠傳輸。也就是要做到“線(xiàn)路冗余”。

　　3）、對應“連續過(guò)程”這一特點(diǎn)，控制系統要有處理模擬數據的能力。并且還要滿(mǎn)足“在線(xiàn)參數化”的要求。

　　4）、所有現場(chǎng)設備可以在線(xiàn)插拔，而不影響系統的正常工作。

　　NCS3000網(wǎng)絡(luò )化控制系統是我國自主開(kāi)發(fā)的基于FF現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的完整自動(dòng)化控制系統，具有全數字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化和開(kāi)放的特點(diǎn)。NCS3000采用數字化信號，FFHSE高速總線(xiàn)和FFH1總線(xiàn)相互補充，構成企業(yè)綜合自動(dòng)化系統的網(wǎng)絡(luò )平臺，現場(chǎng)總儀表、智能I/O與計算機之間通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)連成一體，系統結構簡(jiǎn)單，可擴展性強，具有設備遠程調試和自診斷能力，同時(shí)，可以集成各種流行的工業(yè)自動(dòng)化設備和監控組態(tài)軟件，是真正開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )化控制系統。

　　從上個(gè)世紀七八十年代開(kāi)始，普遍采用安全柵使控制系統滿(mǎn)足防爆要求，這種方法一直沿用至今。但使用安全柵，無(wú)形中使控制系統的結構變的復雜且增加了施工的難度。從上個(gè)世紀九十年代中期開(kāi)始，世界上各大防爆專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)商紛紛研制將安全柵與控制器的I/O模塊集成在一起的產(chǎn)品，從而簡(jiǎn)化系統的結構。一些具備防爆功能的遠程I/O產(chǎn)品相繼問(wèn)世。為了與盡量多的控制系統相匹配，這些廠(chǎng)家制造的產(chǎn)品都采用了流行的現場(chǎng)總線(xiàn)作為與控制器通訊的介質(zhì)。并且為了能在危險區中發(fā)揮遠程I/O的優(yōu)勢，新型的遠程I/O產(chǎn)品通過(guò)采取一系列的防爆措施使得其自身可以直接安裝在危險區中。隨著(zhù)IT技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的快速發(fā)展，對控制系統的要求越來(lái)越高，從單純的精確控制向安全控制和監控管理轉變。因此，基于串行通信技術(shù)的現場(chǎng)總線(xiàn)系統，由于兼具了分散控制和數據傳輸的功能，從而在控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

　　NCS3000網(wǎng)絡(luò )化控制系統由于采用現場(chǎng)總線(xiàn)將使控制系統結構簡(jiǎn)單，系統安裝費用減少并且易于維護;用戶(hù)可以自由選擇不同廠(chǎng)商、不同品牌的現場(chǎng)設備達到最佳的系統集成等一系列的優(yōu)點(diǎn)，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)正越來(lái)越受到人們的重視。中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所推出的NCS3000網(wǎng)絡(luò )化控制系統具有全數字化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化和開(kāi)放的特點(diǎn)，以現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為核心，OPC技術(shù)為紐帶，將現場(chǎng)總線(xiàn)儀表、模擬儀表、分布式智能I/O、DCS和PLC等工業(yè)自動(dòng)化設備有機地集成在一起，自動(dòng)化程度和控制精度都較高，已經(jīng)成功應用于罐區管理行業(yè)，為企業(yè)綜合自動(dòng)化系統提供了一套完整的解決方案，取得良好效果?！D1所示為一種典型的遠程I/O產(chǎn)品。