安全可靠的艾默生智能無線技術
安全可靠的艾默生智能無線技術
——艾默生智能無線技術在江蘇金翔三期油庫罐區(qū)計量系統(tǒng)中的應用
由艾默生雷達液位計構成的常規(guī)罐區(qū)計量系統(tǒng)存在信號電纜接線或信號電纜本身出現(xiàn)問題時對儲罐失去監(jiān)視的問題。應用艾默生公司智能無線技術解決儲罐計量，實現(xiàn)對罐區(qū)數(shù)據(jù)的安全性、可靠性采集和儀表管理。艾默生智能無線技術具備自組織的ｍｅｓｈ網(wǎng)絡特點，裝有無線ｔｈｕｍ適配器的雷達液位計可作為路由節(jié)點，通訊路徑冗余，抗力強。本文就江蘇金翔三期油庫工程，探討無線技術在油庫計量應用方案配置及體會。
圖１艾默生常規(guī)罐區(qū)計量系統(tǒng)
圖２艾默生無線解決儲罐計量方案結構
圖３艾默生智能無線ｔｈｕｍ™ 適配器
江蘇金翔石化有限公司主要從事汽油、柴油、煤油和化工產(chǎn)品等的銷售及倉儲，有三個油庫，分為一、二、三期油庫，總庫容為２３．３１萬立方米。其中三期油
庫共有８個油罐，４個２０００?。恚彻?，１個１６０００ｍ罐和３個２３０００ｍ罐，庫容總計９．３萬立方米，全部工程于２０１０年１２月竣工。
罐區(qū)計量系統(tǒng)難點
江蘇金翔油庫是做為貿(mào)易交接的油庫，需要對所有儲油罐的液位、溫度、壓力、液位變化率等重要數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測。監(jiān)控罐內(nèi)這些數(shù)據(jù)有助于確保用于財
務報告、生產(chǎn)計劃及時間安排的數(shù)據(jù)的準確性。不準確的測量可能導致容量使用不理想、賬目錯誤甚至發(fā)生溢出等環(huán)境事件。
因此，江蘇金翔二期油庫就選用了艾默生ｔａｎｋｒａｄａｒ?。颍澹。常梗埃跋盗匈Q(mào)易交接計量級雷達液位計與相應多點溫度計、ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ ３０
５１ｓ壓力變送器，構成常規(guī)儲罐計量系統(tǒng)，見圖１。
罐區(qū)計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是采用有線的總線通訊，由每個油罐上ｔａｎｋｒａｄａｒ ｒｅｘ雷達液位計的信號線，與其它油罐的信號線匯合接在現(xiàn)場接線盒上，構成一個星型網(wǎng)絡，再由現(xiàn)場接線盒里接出兩根信號線進入現(xiàn)場通訊單元ｆｃｕ里，然后再接入ｐｌｃ控制系統(tǒng)中。信號傳輸過程中，可能會出現(xiàn)下面問題：中間接線端子是潛在的故障點，接線不佳或脫落導致通訊故障，儲罐失去監(jiān)視；信號電纜受損（火災、野蠻作業(yè)等）是另一潛在危險，會導致罐區(qū)部分或整體失去視；因雷達液位計數(shù)據(jù)是*入整個庫區(qū)ｐｌｃ控制系統(tǒng)處理的，當ｐｌｃ系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，整個罐區(qū)雷達液位儀測量數(shù)據(jù)均不能在ｐｃ上位機上正常顯示，罐區(qū)失去監(jiān)視。在二期油庫監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中就出現(xiàn)過上述
情況。
艾默生智能
無線技術解決方案
無線儲罐計量系統(tǒng)的架構由于常規(guī)罐區(qū)計量監(jiān)控存在上述可能性問題，因此，在金翔三期庫區(qū)自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，運用了艾默生智能無線儲罐計量系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是在艾默生常規(guī)罐區(qū)計量系統(tǒng)的基礎上，增加了智能無線?。簦瑁酰怼∵m配器和智能無線網(wǎng)關１４２０，構成罐區(qū)監(jiān)控無線網(wǎng)絡。無線儲罐計量系統(tǒng)結構見圖２。儲罐計量系統(tǒng)中的每臺艾默生ｔａｎｋｒａｄａｒ?。颍澹∫何挥嬇溆幸粋€智能無線ｔｈｕｍ 適配器，成為一個無線節(jié)點，這些節(jié)點與智能無線網(wǎng)關１４２０構成一個自組織網(wǎng)格架構網(wǎng)絡。這個自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡會自動查找如何繞過固定或臨時障礙的*佳方法。這個網(wǎng)絡采用２．４ｇｈｚ 的世界公用頻段，通訊路徑冗余，數(shù)據(jù)可靠性達到９９％。智能無線網(wǎng)關與上位機系統(tǒng)無縫連接，其通信協(xié)議可以采用串行通信口ｍｏｄｂｕｓ?。颍螅矗福担颍簦醴绞剑部梢酝ㄟ^標準以太網(wǎng)采用ｍｏｄｂｕｓ?。簦悖穑椋稹f(xié)議或ｏｐｃ 協(xié)議與控制系統(tǒng)的上位機相連，實現(xiàn)與控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。
艾默生智能無線?。簦瑁酰怼∵m配器智能無線ｔｈｕｍ適配器，專門為已經(jīng)在現(xiàn)場安裝使用的有線ｈａｒｔ設備開發(fā)的適配器，它將有線ｈａｒｔ設備升級為無線設備。它利用現(xiàn)有有線儀表的供電工作，無需電池，不破壞現(xiàn)有有線設備的性能，同時可以將有線設備的測量值、診斷信息通過無線方式傳送到智能網(wǎng)關。
裝有ｔｈｕｍ適配器的設備作為艾默生智能無線自組織現(xiàn)場網(wǎng)絡的一個組成部分，實現(xiàn)傳輸現(xiàn)場智能信息，改善質量、安全性、可用性、運營并降低維護成本。圖３為艾默生智能無線ｔｈｕｍ適配器的外觀照片。
智能無線適配器ｔｈｕｍ特點有：訪問有線ｈａｒｔ設備的上等儀表診斷信息；采集有線多變量ｈａｒｔ設備的測量信息和診斷信息；使有線ｈａｒｔ設備具有無線功能，成為變成無線測量點；對遠程設備進行管理和性能監(jiān)視?？梢杂行p少故障診斷和排除的時間；不丟失數(shù)據(jù)；對遠程設備可以進行校驗。
艾默生ｔａｎｋｒａｄａｒ?。颍澹。常梗担袄走_液位計ｔａｎｋｒａｄａｒ?。颍澹走_液位計設計用于為所有罐區(qū)和煉油廠提供符合貿(mào)易交接精度要求的可靠的儲罐存量數(shù)據(jù)。這種基于調頻連續(xù)波（ｆｍｃｗ）原理的非接觸雷達測量技術具有高精度、免維護、高可靠性及持久性。儀表液位精度為±０．５ ｍｍ。配有內(nèi)置多點溫度輸入接口、模擬輸入／輸出以及繼電器輸出接口，以實現(xiàn)完整的罐量和貿(mào)易交接功能，見圖４。
圖４ｔａｎｋｒａｄａｒ ｒｅｘ雷達液位計與ｔｈｕｍ適配器
艾默生智能無線網(wǎng)關１４２０無線網(wǎng)關在無線控制系統(tǒng)中起到中間轉換的作用，它是連接現(xiàn)場設備和控制系統(tǒng)的橋梁，實現(xiàn)網(wǎng)絡管理、數(shù)據(jù)管理和設備管理三大功能。首先網(wǎng)關要管理其轄區(qū)內(nèi)的無線設備，根據(jù)其位置分布自動建立通訊網(wǎng)絡，保證各個被檢測的工藝參數(shù)準確可靠的傳輸?shù)骄W(wǎng)關，一旦網(wǎng)絡建立，即利用標準接口和支持相應的通訊協(xié)議將收集到的工藝數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)數(shù)據(jù)送入控制系統(tǒng)內(nèi)，以實現(xiàn)對現(xiàn)場設備及工藝數(shù)據(jù)的監(jiān)控。
每一個艾默生１４２０網(wǎng)關*多可支持?。保埃芭_無線設備；和上位機通信時， 支持ｍｏｄｕｂｕｓ?。颍螅矗福?、 ｍｏｄｂｕｓ?。簦悖穑椋稹〖埃澹簦瑁澹颍睿澹簦铮穑愕耐ㄓ崊f(xié)議，與ｄｃｓ、ｐｌｃ 或ｓｃａｄａ系統(tǒng)無縫連接；每臺無線設備為無線網(wǎng)絡中的一個通訊節(jié)點，可用作路由器，建立通訊網(wǎng)絡，并自動選擇*優(yōu)通信路徑；符合本安防爆認證要求，可以安裝在危險區(qū)域內(nèi)；網(wǎng)關供電為 ２４ｖｄｃ；圖５為艾默生智能無線網(wǎng)關?。保矗玻暗耐庥^照片。
圖５艾默生智能無線網(wǎng)關?。保矗玻?br>圖６金翔三期油庫儲罐計量系統(tǒng)結構
艾默生智能無線解決方
案在三期油庫中的應用
三期油庫儲罐計量系統(tǒng)的方案在三期庫區(qū)儲罐計量系統(tǒng)中，運用了艾默生常規(guī)罐區(qū)計量加無線儲罐計量的方案，構成一個冗余設計，在原常規(guī)罐區(qū)計量系統(tǒng)中，給每臺ｔａｎｋｒａｄａｒ?。颍澹∫何挥嬇湟粋€智能無線ｔｈｕｍ適配器，使之成為一個無線設備，然后把測量值、診斷信息通過無線方式無線傳送到智能網(wǎng)關１４２０，再通過ｏｐｃ通訊方式，直接跟ｗｉｎｃｃ組態(tài)軟件相連接，同時有線通訊的數(shù)據(jù)是由現(xiàn)場通訊單元ｆｃｕ通過ｍｏｄｂｕｓ?。颍螅矗福低ㄓ嵎绞礁穑悖螅房刂葡到y(tǒng)相連，再與ｗｉｎｃｃ組態(tài)軟件通訊，這種冗余通訊方式保證了罐區(qū)測量數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，其結構見圖６。
智能無線適配器和網(wǎng)關的現(xiàn)場安裝
三期油庫有８個油罐，*遠的一個油罐到庫區(qū)監(jiān)控室距離大概３００米，８個無線ｔｈｕｍ適配器，分別固定安裝在罐頂?shù)淖o欄上，如圖７所示。無線網(wǎng)關１４２０安裝在監(jiān)控室的室外墻壁上（見圖８）。它們之間的距離滿足無線安裝要求，且各個無線網(wǎng)絡點，都能相互通訊，這樣可以保證無線信號覆蓋整個庫區(qū)且信號傳輸路由冗余，數(shù)據(jù)傳輸可靠。無線適配器和網(wǎng)關在庫區(qū)分布如圖９所示。
圖７現(xiàn)場無線雷達液位計的安裝
圖８現(xiàn)場無線網(wǎng)關的安裝
圖９無線適配器和網(wǎng)關在三期庫區(qū)的分布
傳統(tǒng)有線系統(tǒng)和智能無線技術的實際應用
三期油庫工程自２０１０年１２月 投運以來，無線儲罐計量系統(tǒng)運行正常，數(shù)據(jù)傳輸可靠（見圖１０）。
圖１１為有線傳輸數(shù)據(jù)監(jiān)控界面，對比圖１０，可以看出所顯示的每個油罐的監(jiān)控數(shù)據(jù)一致，從而增強了儀表維護工程師的使用無線儀表的信心。
ａｍｓ設備管理系統(tǒng)在無線罐區(qū)的應用
儀表維護工程師還可以通過ａｍｓ智能設備管理軟件實現(xiàn)對罐區(qū)雷達液位計，進行遠程在線組態(tài)，減少了到現(xiàn)場危險區(qū)域工作次數(shù)，ａｍｓ使用人性化設計ｈｃｄ給用戶提供的是按照操作任務要求而設計的直觀的操作面板（見圖１２）。
同時雷達液位計有豐富的診斷信息，可以通過無線系統(tǒng)傳回控制室，儀表人員可以在ａｍｓ系統(tǒng)中得到設備預警，如天線污染、滿罐報警、空罐報警、無表面回波等，
做到在儀表故障影響擴大之前，及時找到故障原因，并排除這些故障
（見圖１３）。
圖１０金翔三期油庫群罐無線監(jiān)控界
圖１１金翔三期油庫群罐有線監(jiān)控界面
圖１２ｒａｄａｒ的參數(shù)組態(tài)界面
圖１３ｒａｄａｒ故障報警畫面
應用艾默生智能無線和總線的冗余通訊，可以有效降低接線或信號電纜本身出現(xiàn)問題時對儲罐失去監(jiān)視的可能性問題。采用艾默生純智能無線儲罐計量系統(tǒng)方案，可節(jié)省大量電纜、布線、施工、調試成本，大大縮短工期。同時可以利用無線ｈａｒｔ技術，對設備快速便捷地組態(tài)、及時獲得現(xiàn)場故障信息、**了解現(xiàn)場設備運行的整體狀況。
對于基礎設施差的老罐區(qū)，利用艾默生智能無線技術改造的優(yōu)勢更加突出。隨著無線技術的發(fā)展，在油庫罐區(qū)，尤其是貿(mào)易交接的油庫，無線技術的使用可以大大增強關鍵數(shù)據(jù)的可靠性，安全性，完善罐區(qū)的管理。
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