基于現(xiàn)場(chǎng)總線的油庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)的PLC）與上層PC相聯(lián)構(gòu)成主控中心，工程師站用于各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)從站的組態(tài)和維護(hù)，操作員站完成對(duì)油罐各個(gè)部分的運(yùn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集和其它自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的調(diào)度功能。主站配備打印機(jī)用于報(bào)表打印、報(bào)警打印。整體采用C/S結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)服務(wù)器雙機(jī)熱備以增加系統(tǒng)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(tǒng)。該層是整個(gè)油庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度核心。
3.2.2庫(kù)區(qū)PROFIBUS–DP主干網(wǎng)絡(luò)層
庫(kù)區(qū)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(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、信息的交流，每個(gè)罐區(qū)的溫度、液位、流量、管道壓力、視頻信號(hào)、電磁閥信號(hào)傳輸?shù)街髡尽?BR>3.2.3執(zhí)行器、傳感器層
AS–i即執(zhí)行器—傳感器接口，是一種用于在主控制器和傳感器/執(zhí)行器之間雙向交換信息的總線網(wǎng)絡(luò)，它屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的底層網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)網(wǎng)關(guān)它與PROFIBUS實(shí)現(xiàn)連接，網(wǎng)關(guān)作為上層總線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，下面可以掛接一批AS–i從站。AS–i總線主要用于具有開(kāi)關(guān)量特征的傳感器/執(zhí)行器系統(tǒng)，傳感器可以是各種遠(yuǎn)離接近開(kāi)關(guān)以及溫度、壓力、流量、液位開(kāi)關(guān)等。執(zhí)行器可以是各種開(kāi)關(guān)閥門，聲、光報(bào)警器，也可以是其它電器。傳感器/執(zhí)行器掛接在AS–i總線上的方式分為兩種，一種是帶有AS–i通信接口的智能A/S，內(nèi)部裝有AS–i模塊專用芯片，直接掛接到AS–i總線上；另一種是分布式的，由專門的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(hù)層，當(dāng)它被從連接件上拔下，穿孔處自動(dòng)閉合，因此可反復(fù)使用，它不僅傳輸報(bào)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總線通過(guò)SIEMENSDP/AS–i鏈路模塊與PROFIBUS-DP總線連接，這種耦合器是PROFIBUS-DP從控設(shè)備和AS-i的主控設(shè)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(hù)等級(jí)為IP65/67的現(xiàn)場(chǎng)安裝AS–i接口緊湊型模塊，有數(shù)字型、模擬型和氣動(dòng)型，通過(guò)A/S連接器與傳感器/執(zhí)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(hào)傳輸，不會(huì)因?yàn)橥獠扛蓴_場(chǎng)而受到損害，無(wú)接地問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，對(duì)于罐區(qū)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（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(xù)的擴(kuò)建，設(shè)計(jì)采用西門子公司的S7-400系列PLC產(chǎn)品，它模塊化結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展功能強(qiáng)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠性高、功能全面、運(yùn)行速度快，具有強(qiáng)大的通訊能力和集成的系統(tǒng)功能，應(yīng)用方便，適用于油庫(kù)油料流量、罐壁壓力等的監(jiān)控工程。油庫(kù)數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)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(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)PROFIBUS傳至主站。
S7-400可以帶電插拔輸入/輸出模塊，運(yùn)行時(shí)即可更換模塊，以保證系統(tǒng)連續(xù)不間斷運(yùn)行。S7—400主要性能指標(biāo)如下：①程序運(yùn)算速度，位和整數(shù)運(yùn)算0.1/μs，浮點(diǎn)運(yùn)算0.6/μs；②I/O功能，DI/DO：65536，AI/AO：4094；③用戶內(nèi)存，128kB用于程序，128kB用于數(shù)據(jù)，可擴(kuò)展至15MB；④通用接口，多點(diǎn)接口MPI，PROFIBUS—DP：12Mbit/s。
3.4軟件設(shè)置
PROFIBUS-DP總線共有7個(gè)站，其中S7-400作為Master主站，其余均為Slave從站，應(yīng)用STEP7對(duì)各個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行地址分配，使系統(tǒng)組態(tài)，并且對(duì)可以設(shè)置的模塊參數(shù)化，同時(shí)還要進(jìn)行通信組態(tài)，確保參數(shù)匹配正確，使網(wǎng)絡(luò)真正建立通信。

工控機(jī)監(jiān)控軟件WinCC是基于人機(jī)交互式監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)行于Windows平臺(tái)上，其強(qiáng)大的過(guò)程接口界面和高度的安全數(shù)據(jù)存檔特性，適合于油庫(kù)流程和控制過(guò)程的操作及監(jiān)控。該軟件根據(jù)用戶建立的數(shù)據(jù)信息，把PLC信息直接連接到用戶應(yīng)用圖形上。操作人員可以通過(guò)操作畫面及流程圖，監(jiān)控油庫(kù)狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)出控制命令，也可進(jìn)行參數(shù)修改、故障處理復(fù)位、報(bào)表打印等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。其主要操作畫面有：①油庫(kù)工程平面總貌布置圖；②油庫(kù)工藝流程及模擬靜態(tài)、動(dòng)態(tài)圖；③油庫(kù)工程自動(dòng)控制系統(tǒng)及電氣接線圖；④各個(gè)罐區(qū)參數(shù)顯示圖、實(shí)時(shí)及歷史趨勢(shì)圖、報(bào)警摘要列表顯示。
4總結(jié)
現(xiàn)階段具有總線接口的智能儀表多為進(jìn)口，而油庫(kù)傳統(tǒng)設(shè)備較多，全總線系統(tǒng)難以一蹴而就。本監(jiān)控系統(tǒng)以PROFIBUS為系統(tǒng)骨干，AS–i總線為補(bǔ)充的集成結(jié)構(gòu)一定程度上解決了這種矛盾，適合于我國(guó)油庫(kù)現(xiàn)狀。該系統(tǒng)整體性好，安全可靠，功能齊全，運(yùn)行維護(hù)方便，應(yīng)用后獲得了用戶的好評(píng)。整個(gè)油庫(kù)自動(dòng)化是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，投資大，難以一步到位，在改造、再建油庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)應(yīng)整體規(guī)劃、漸進(jìn)實(shí)施。