基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)FF技術(shù)在罐區(qū)管理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
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由于我國(guó)具體的國(guó)情，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)罐區(qū)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(jiān)控系統(tǒng)”。以油罐為例，最初只是靠有經(jīng)驗(yàn)的工人利用油尺通過(guò)對(duì)各油罐的液位高度進(jìn)行測(cè)量（即通常所講的“人工檢尺”）的方法來(lái)對(duì)油罐進(jìn)行監(jiān)視。該方法原始而又繁瑣，人為因素影響大，精度低，而且危險(xiǎn)區(qū)中的有毒有害氣體對(duì)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(duì)儲(chǔ)罐參數(shù)測(cè)量的精度以及保護(hù)工人的身體健康，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，到了90年代初，各油罐上基本都裝備了能夠?qū)σ何贿M(jìn)行自動(dòng)測(cè)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(xiàn)場(chǎng)的一次儀表采集各油罐的液位參數(shù)并通過(guò)統(tǒng)一的模擬信號(hào)如4-20mA的直流電流信號(hào)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)二次儀表縱觀各油罐的狀況了。但通過(guò)這些二次儀表僅僅能夠?qū)?chǔ)罐參數(shù)進(jìn)行“監(jiān)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。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，罐區(qū)的規(guī)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(jì)劃和常年積累下來(lái)的經(jīng)驗(yàn)對(duì)罐區(qū)進(jìn)行監(jiān)視與控制的管理方式越來(lái)越顯示出其在實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)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(duì)罐區(qū)的管理也提出了更高的要求，因此管理人員的責(zé)任和壓力也不斷增加，這對(duì)生產(chǎn)的安全是很不利的。
隨著計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越普及。可編程控制器（PLC）以及由多個(gè)計(jì)算機(jī)遞階構(gòu)成的集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）被廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)。由于DCS在煉油廠各裝置中的廣泛應(yīng)用，廣大工程技術(shù)人員具備了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此在構(gòu)造罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)候紛紛參照各裝置中DCS的做法。在硬件結(jié)構(gòu)方面，類(lèi)似于煉油裝置，罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的儀表將溫度、液位等參數(shù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的模擬信號(hào)然后點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地送往控制室的操作控制部分。但是，由于罐區(qū)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(tǒng)結(jié)構(gòu)采用與煉油裝置相同的點(diǎn)對(duì)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(tǒng)施工時(shí)要耗費(fèi)大量的人力，且很難保證連接的可靠性。為數(shù)眾多的連接點(diǎn)及故障診斷的困難，也給日后系統(tǒng)的檢修及維護(hù)帶來(lái)了很大的不便。并且信號(hào)長(zhǎng)距離的傳輸使信號(hào)的精度大大降低。
當(dāng)今國(guó)際上現(xiàn)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(yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的影響和優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是用于過(guò)程控制現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室之間的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、開(kāi)放的、雙向的多站數(shù)字通信系統(tǒng)，儀表與控制系統(tǒng)間通過(guò)總線(xiàn)采用一對(duì)多的方式實(shí)現(xiàn)雙向的、全數(shù)字信號(hào)通訊，減少大量布線(xiàn)，易于系統(tǒng)安裝和維護(hù)，同時(shí)，將控制任務(wù)下放至本地儀表，危險(xiǎn)徹底分散，加強(qiáng)系統(tǒng)的自主能力，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變化實(shí)時(shí)作出響應(yīng)。在我國(guó)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展才剛剛起步，特別是在罐區(qū)管理方面很少有應(yīng)用，如何結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)本身的特點(diǎn)及我國(guó)國(guó)情，將其應(yīng)用于各行業(yè)，推動(dòng)我國(guó)自動(dòng)化領(lǐng)域現(xiàn)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(fù)雜多變，并且生產(chǎn)環(huán)境帶有潛在爆炸危險(xiǎn)，在這一領(lǐng)域中對(duì)基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的新型控制系統(tǒng)提出了如下四個(gè)最基本的要求：
1）、要有完備的防爆保護(hù)措施，以保證在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中生產(chǎn)過(guò)程的絕對(duì)安全。
2）、要有很高的可靠性，以保證數(shù)據(jù)在任何狀況下的可靠傳輸。也就是
要做到“線(xiàn)路冗余”。
3）、對(duì)應(yīng)“連續(xù)過(guò)程”這一特點(diǎn)，控制系統(tǒng)要有處理模擬數(shù)據(jù)的能力。
并且還要滿(mǎn)足“在線(xiàn)參數(shù)化”的要求。
4）、所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以在線(xiàn)插拔，而不影響系統(tǒng)的正常工作。
NCS3000網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的基于FF現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的完整自動(dòng)化控制系統(tǒng)，具有全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和開(kāi)放的特點(diǎn)。NCS3000采用數(shù)字化信號(hào)，F(xiàn)FHSE高速總線(xiàn)和FFH1總線(xiàn)相互補(bǔ)充，構(gòu)成企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)總儀表、智能I/O與計(jì)算機(jī)之間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連成一體，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展性強(qiáng)，具有設(shè)備遠(yuǎn)程調(diào)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(shè)備和監(jiān)控組態(tài)軟件，是真正開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。
從上個(gè)世紀(jì)七八十年代開(kāi)始，普遍采用安全柵使控制系統(tǒng)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)變的復(fù)雜且增加了施工的難度。從上個(gè)世紀(jì)九十年代中期開(kāi)始，世界上各大防爆專(zhuān)業(yè)廠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(tǒng)的結(jié)構(gòu)。一些具備防爆功能的遠(yuǎn)程I/O產(chǎn)品相繼問(wèn)世。為了與盡量多的控制系統(tǒng)相匹配，這些廠家制造的產(chǎn)品都采用了流行的現(xiàn)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(xiǎn)區(qū)中發(fā)揮遠(yuǎn)程I/O的優(yōu)勢(shì)，新型的遠(yuǎn)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(xiǎn)區(qū)中。隨著IT技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，從單純的精確控制向安全控制和監(jiān)控管理轉(zhuǎn)變。因此，基于串行通信技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)，由于兼具了分散控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，從而在控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
NCS3000網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)由于采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)將使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)安裝費(fèi)用減少并且易于維護(hù)；用戶(hù)可以自由選擇不同廠商、不同品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成等一系列的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)正越來(lái)越受到人們的重視。中國(guó)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(tǒng)具有全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和開(kāi)放的特點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為核心，OPC技術(shù)為紐帶，將現(xiàn)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(shè)備有機(jī)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(yīng)用于罐區(qū)管理行業(yè)，為企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提供了一套完整的解決方案，取得良好效果。 圖1所示為一種典型的遠(yuǎn)程I/O產(chǎn)品。
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