罐區智能儀表與國產DCS通信的研究與實踐

楊利豐，俞文光，張哲強

(1. 中國石油天然氣股份有限公司 大慶煉化分公司，黑龍江 大慶 163411;2. 浙江中控技術股份有限公司，杭州 310053)

中國石油天然氣股份有限公司大慶煉化分公司儲運二段罐區分別設有汽油罐區、柴油罐區、一二期聚丙烯球罐區、液化氣罐區、常輸管線罐區、汽柴油罐區等7個罐區，共配置了12臺珠峰ZYG-101A光導液位計、22臺霍尼韋爾Enraf伺服液位計、12臺艾默生SAAB雷達液位計、12臺珠峰ZYG-601光導液位計等4種智能儀表。為提高石化儲運罐區生產管理水平，保障安全生產，罐區DCS應能在常規實現工藝數據監測的基礎上，對智能儀表設備實現一定智能管理，即將4種智能儀表設備的液位及溫度測量信號在所配置的國產DCS上實現實時監控，并具備實時趨勢及歷史趨勢查詢、儀表工作情況調用等功能。

1 DCS及特點

儲運罐區的控制系統采用浙江中控技術股份有限公司生產的WebField系列DCS。DCS配有支持多種通信協議的通信卡件XP248，可實現與其他廠家DCS，PLC，各種現場智能儀表的通信。XP248支持Modbus RTU協議、HostLink協議以及自定義通信協議。支持Modbus RTU協議的主機模式和從機模式。XP248通信卡支持4路串口的并發工作，每路串口支持RS-232和RS-485兩種通信方式。4個串口可同時運行不同的協議。每一串口可以掛接的設備數量由運行的協議決定，但最多不超過32個。XP248具備通道冗余功能及卡件冗余功能，4路串口中COM0-COM1，COM2-COM3可以配置為互為冗余的串行通道，并可配合卡件冗余功能實現多種冗余方案。

2 多協議通信系統的研究與實施

罐區中霍尼韋爾Enraf伺服液位計、艾默生SAAB雷達液位計、珠峰光導液位計ZYG-601等智能設備采用Modbus RTU協議通信，而珠峰光導液位巡檢儀ZYG-101智能設備采用的是自定義通信協議。筆者根據不同智能儀表的軟硬件性能與管理要求，設計了相應的通信連接方式。

2.1 DCS與霍尼韋爾Enraf伺服液位計的通信

Enraf 854XTG伺服液位計在一期聚丙烯球罐區配置10臺、液化氣罐區8臺、二期聚丙烯球罐區6臺，24臺伺服液位計與通信接口單元CIU880 Prime通信連接如圖1所示。

圖1 Enraf 854XTG伺服液位計與通信接口單元CIU880 Prime通信

Enraf CIU通信控制單元分為兩層，第一層是現場總接口(CIU Prime)，第二層是現場接口(CIU Plus)。其中CIU Prime實現現場數據收集并提供2路輸出：1路將測量的信號送到CIU Plus中，另1路可連接Enraf公司的雷達專用調試軟件，對雷達的運行參數進行必要的調整，可以得到整個儲罐的波形圖。CIU Plus主要是硬件計算。可以通過Enraf的Ensite Pro軟件中提供的罐容數據，結合Plus中內置的國際通用ASTM和API石油計量表、國內國標石油計量表以及標準算法，根據CIU Prime得到的一次測量信號，可以實時計算油品視體積、標準體積、標準密度以及質量等數據。它同時可以具備多個獨立的輸出，可以連接到各個不同的系統，如Entis Pro庫存管理系統、DCS等。

一期聚丙烯球罐區10臺Enraf 854XTG伺服液位計通過現場XPU通信板進行串接連接到中控室CIU880 Prime的FieldPort1通信端口，液化氣罐區8臺Enraf 854XTG伺服液位計通過現場XPU通信板進行串接連接到中控室CIU880 Prime的FieldPort2通信端口。二期聚丙烯球罐區6臺Enraf 854XTG伺服液位計通過現場XPU通信板進行串接連接到中控室CIU880 Prime的FieldPort2通信端口。通信接口單元CIU880 Prime的Host1接口經過電纜連接至DCS通信卡XP248的串口COM3，通過在DCS的組態編程軟件中的圖形化編程，把液位溫度信號顯示在DCS的監控畫面上，提供給罐區操作人員監控。通信接口單元CIU880 Prime的Host2接口經過電纜連接至DCS的工程師站COM1口，通過Ensite Pro軟件可以對現場的24臺Enraf 854XTG伺服液位計進行維護和診斷調試。通信接口單元CIU880 Prime的通信配置見表1所列。

表1 Enraf CIU通信配置分配

2.2 DCS與艾默生SAAB雷達液位計的通信

長輸管線球罐區6臺艾默生RTG3960雷達液位計、二期聚丙烯球罐區6臺艾默生RTG3960雷達液位計，與現場連接單元FCU2160通信連接如圖2所示。

長輸管線球罐區6臺艾默生RTG3960雷達液位計通過現場通信板串接至中控室1號FCU2160的FCM port口，二期聚丙烯球罐區6臺艾默生RTG3960雷達液位計通過現場通信板串接至中控室2號FCU2160的FCM port口。1號通信連接單元FCU2160的Modbus RS-232C/RS-485接口經過電纜連接DCS通信卡XP248的串口COM1，2號通信連接單元FCU2160的Modbus RS-232C/RS-485接口經過電纜連接至DCS通信卡XP248的串口COM2，通過在DCS的組態編程軟件中的圖形化編程，把液位、溫度、壓力信號顯示在DCS的監控畫面上，提供給罐區操作人員監控。

圖2 SAAB雷達通信構成示意

需要注意的是通信連接單元FCU2160的RS-232C/RS-485接口只有1個，不能像Enraf的通信接口單元CIU880 Prime那樣可以通過另1個通信接口經過電纜連接至DCS的工程師站COM口，工程技術人員對現場的雷達液位計進行維護和診斷調試時，只能斷開與DCS的通信，連接上裝有WINSETUP軟件的手持終端或工程師站進行雷達液位計的組態維護和診斷調試，這也是罐區雷達液位計通信的不足之處。

2.3 DCS與河北珠峰光導液位計的通信

2.3.1傳統總線方式

汽油罐區6臺珠峰光導液位計ZYG-B101和柴油罐區6臺珠峰光導液位計ZYG-B101接入二次表ZYG-A101。該二次表通過RS-232C/RS-485接口經過電纜連接至DCS通信卡XP248的串口COM1，通過在DCS的組態編程軟件中的圖形化編程，把液位、溫度信號顯示在DCS的監控畫面上，提供給罐區操作人員監控。但此種方式技術落后、通信故障率高，已逐漸淘汰。

2.3.2Modbus總線方式

汽柴油罐區的光導液位計在使用過程中，元器件老化嚴重，多次出現故障，造成整個罐區液位無法監測。目前在用ZYG-B101變送器及二次表ZYG-A101設備，技術落后、性能差、工作不穩定、多次更換新表未徹底解決問題。因此，在本次升級方案中對珠峰光導儀表進行了改造，取消二次表ZYG-A101，通過ZYG-601-ZM總線模塊將信號引入控制站XP248通信模塊，更新一次表12臺，四線制減少為二線制，通過2塊ZYG-601-ZM總線模塊的RS-485通信接口接入DCS。

3 XP248應用與軟件實現

罐區控制系統配有2塊XP248通信卡SC1-4，SC2-3，通信地址分別設置為128.128.1.6，128.128.1.8。SC1-4 XP248多串口多協議通信卡的自定義變量中定義1字節變量，目的是記錄雷達液位計的通信狀態和溫度、液位、壓力等參數的診斷狀態。同時在自定義變量中定義4字節變量，用來記錄雷達液位計的溫度、液位、壓力等參數過程值和位號注釋及量程范圍。XP248和現場智能表建立通信后，把現場雷達液位計測量參數存儲在4字節變量中，通過位號的方式在監控畫面中調用和監控。在SC2-3 XP248多串口多協議通信卡的自定義變量中定義1字節變量，用來記錄光導液位計的通信狀態及溫度、液位等參數的診斷狀態，記錄伺服液位計的通信狀態及溫度、液位、壓力等參數的診斷狀態。同時在自定義變量中定義4字節變量，用來記錄伺服液位計的溫度、液位、壓力等參數的過程值和位號注釋及量程范圍，記錄光導液位計的溫度、液位參數的過程值和位號注釋及量程范圍。XP248和現場智能表建立通信后，把現場伺服液位計、光導液位計測量參數存儲在4字節變量中，通過位號的方式在監控畫面中調用和監控。

Modbus RTU通信協議的實現通過XP248內部集成的通信功能塊實現，在程序設計中只需插入固定的通信功能塊即可方便地實現數據的發送和接收。筆者主要對采用自定義方式通信的軟件實現進行展示，自定義方式通信是采用語言依據雙方設備協商好的通信方式實現數據的發送和接收，通過編寫以光導液位計自定義方式通信的編程段落，達到通信數據的發送與接收，程序流程如圖3所示。

圖3 程序流程示意

4 結束語

罐區DCS及各現場智能儀表的數據通信從2011年運行至今，穩定可靠、精度高。筆者通過對罐區各類智能儀表的通信協議、硬軟件特色等通信機理的研究與工程設計，解決了多種智能設備與DCS之間的通信問題，對類似工程的設計實施有較大參考價值。

參考文獻：

[1]郭亮，王維慶.JX-300X分散控制系統與多種協議智能設備通信技術的研究[J].自動化儀表，2005，26(09)：43-45.

[2]朱雷，黃開均，張哲強.WebField JX-300X DCS在石油儲運行業上的應用[J].PLC&FA，2006(03)：112-115.

[3]鄭水成，董愛娜.油品儲運自控系統及過程儀表的設計[J].石油化工自動化，2006，42(06)：11-14.

[4]吳旭翔，李宏.大型石油化工罐區儲罐液位儀表的設計及應用[J].當代化工，2010，39(03)：278-280.

[5]稅愛社，方衛紅.油料儲運自動化系統[M].北京：中國石化出版社，2008.

[6]葉彥斐，葉小嶺.油庫罐區自動化系統中通信接口的開發[J].儀表技術與傳感器，2007(04)：42-44.