石油化工行業(yè)中無線通信技術(shù)的運(yùn)用

張 帆，胡建華

（中海油信息科技有限公司天津分公司，天津 300452）

引言

無線通信技術(shù)在石油化工生產(chǎn)中的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了大量生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化控制、自動(dòng)化運(yùn)行，提升了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸、錄入、監(jiān)測效率，并能夠?qū)?shù)據(jù)基于特定的規(guī)律規(guī)制入檔，形成生產(chǎn)單位需要的數(shù)據(jù)形式。目前，在無線通信技術(shù)支持下，我國石油化工生產(chǎn)水平正處于穩(wěn)步提升階段，同時(shí)大量學(xué)者、運(yùn)用單位亦在不斷探索如何進(jìn)一步發(fā)揮無線通信技術(shù)的優(yōu)勢，為石油化工生產(chǎn)帶來全新的發(fā)展動(dòng)力，進(jìn)一步促進(jìn)我國石油化工生產(chǎn)力量的攀升。

1 無線通信技術(shù)優(yōu)勢分析

作為當(dāng)下世界領(lǐng)域內(nèi)最具有活力的新興技術(shù)，現(xiàn)代無線通信技術(shù)極大程度推動(dòng)了工業(yè)控制領(lǐng)域進(jìn)入全新階段，全面提升了生產(chǎn)設(shè)備、系統(tǒng)的工作效率。將無線通信技術(shù)運(yùn)用于石油化工行業(yè)中，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

1）更加低廉的成本。將無線通信技術(shù)運(yùn)用于石油化工行業(yè)，在安裝生產(chǎn)設(shè)備期間，相對有線安裝，不僅維護(hù)更加便捷、故障診斷更加簡單，且大幅度節(jié)約升級配線需要消耗的成本。

2）提高設(shè)備靈活性。將無線通信技術(shù)運(yùn)用至石油化工行業(yè)，可讓生產(chǎn)設(shè)備拜托電纜的約束，設(shè)備技術(shù)人員能夠較為容易地配置各個(gè)采集點(diǎn)與控制點(diǎn)，靈活滿足生產(chǎn)設(shè)備管理需要。

3）提升產(chǎn)品易用性。將無線通信技術(shù)下的智能集成無線傳感器系統(tǒng)運(yùn)用于石油化工行業(yè)，可實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化控制，大幅度提升易用性。

4）提高可靠性。融合無線通信技術(shù)的石油化工生產(chǎn)設(shè)備，能夠擺脫電纜逐漸老化而產(chǎn)生的生產(chǎn)設(shè)備連接失效問題，實(shí)現(xiàn)通信的高可靠性保障。

5）提升產(chǎn)品安全性。石油化工生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行階段會(huì)產(chǎn)生大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)安全威脅不斷提升，無線通信技術(shù)下隱蔽的傳輸方式，將大幅度提升數(shù)據(jù)傳輸安全級別。

6）提升集成性。在石油化工生產(chǎn)設(shè)備中融合無線通信技術(shù)，傳感器的運(yùn)用可避免微型設(shè)備安裝于大型生產(chǎn)設(shè)備期間，因附著大量電纜繼而造成故障的問題。

7）更短的施工周期。將無線通信技術(shù)運(yùn)用于石油化工生產(chǎn)設(shè)備，無線傳感器的自配置、自組織功能可快速搭建通信網(wǎng)絡(luò)，大幅度節(jié)約石油化工生產(chǎn)設(shè)備安裝周期，相比傳統(tǒng)鋪設(shè)電纜的工作量，無線通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)往往僅需幾個(gè)小時(shí)[1]。

2 石油化工行業(yè)中無線通信技術(shù)的運(yùn)用

石油化工行業(yè)中對無線通信技術(shù)的運(yùn)用，較具代表性的運(yùn)用點(diǎn)包括無線腐蝕測量器、無線分布式控制系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸。

2.1 無線腐蝕測量器的運(yùn)用

石油化工生產(chǎn)階段，大量化學(xué)材料的引用必然對生產(chǎn)設(shè)備造成不同程度的腐蝕損傷，故設(shè)備的檢修維護(hù)工作對于化工企業(yè)正常生產(chǎn)尤為重要。無線腐蝕測量器運(yùn)用期間，可以無線形式實(shí)現(xiàn)設(shè)備轉(zhuǎn)速、位移程度、振幅等數(shù)據(jù)的采集、觀測，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大變化幅度，無線腐蝕測量器可快速報(bào)警，便于工作人員及時(shí)排查隱患。例如海上石油化工生產(chǎn)作業(yè)階段，石油化工企業(yè)可利用開關(guān)型傳感器，監(jiān)測頻率之間突變過程，隨后利用無線傳感器內(nèi)的參數(shù)變異性特征，將其混入混凝土等一系列生產(chǎn)材料內(nèi)部實(shí)現(xiàn)監(jiān)測。一旦生產(chǎn)設(shè)備受到較為嚴(yán)重的腐蝕，其斷裂后的振頻變化會(huì)從180～550 kHz提升至679～707 kHz，這一諧振頻率的變化，將直接使監(jiān)測單位掌握設(shè)備節(jié)點(diǎn)腐蝕情況、裂縫情況[2]。

2.2 無線分布式控制系統(tǒng)的運(yùn)用

石油化工生產(chǎn)期間，無線分布式控制系統(tǒng)，目前已全面取代了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)與相關(guān)儀器儀表。同時(shí)，無線分布式控制控制系統(tǒng)，能夠支持高復(fù)雜程度、高自動(dòng)化程度的石油化工設(shè)備局。圖1為石油化工企業(yè)內(nèi)較為典型的分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1 石油化工企業(yè)內(nèi)較為典型的分布式控制系統(tǒng)

如圖1所示，分布式控制系統(tǒng)包含2個(gè)現(xiàn)場工作站，2個(gè)工作站直接連通安裝在現(xiàn)場發(fā)射器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及傳感器等構(gòu)件，同時(shí)2個(gè)工作站分別面對操作員站、工程師站、服務(wù)器站，其中服務(wù)器站同現(xiàn)場控制站下變送器的連接，能夠讓數(shù)據(jù)更快速地實(shí)現(xiàn)傳輸。此外，支撐分布式控制系統(tǒng)功能的底層邏輯為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫事物調(diào)度機(jī)制，具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫事物調(diào)度機(jī)制

如圖2所示，實(shí)施數(shù)據(jù)庫事物調(diào)度機(jī)制下，包括圖形顯示、數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)庫、歷史報(bào)表功能，該機(jī)制下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫直接連接于通信管理模塊。分布式控制系統(tǒng)運(yùn)行期間，電子元件的安全性、可靠性直接決定著整個(gè)系統(tǒng)的安全性，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫事物調(diào)度機(jī)制通過對電子元器件失效率的分析，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)安全性能的評。式（1）為系統(tǒng)失效率計(jì)算表達(dá)式：

式中：r為系統(tǒng)的失效數(shù)；T為系統(tǒng)通運(yùn)行時(shí)間二者的乘積，失效率、時(shí)間二者會(huì)呈現(xiàn)“浴盆”狀曲線。

以氣相法白炭黑作業(yè)生產(chǎn)為例，無線分布式控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用階段，白炭黑作業(yè)是利用四氯化硅自高位槽注入汽化器，隨后將實(shí)現(xiàn)汽化的四氯化硅水解，生成白炭黑粒子以及其他一系列反應(yīng)氣體，并將其注入到聚集器內(nèi)，形成極大白炭黑粒子。在這一過程中，分布式控制系統(tǒng)的控制器會(huì)選擇SIMATIC DCS進(jìn)行分散、集中管理控制，運(yùn)用DSC控制模式開展組態(tài)觀察，工作人員基于生產(chǎn)需求編寫DSC控制邏輯，并在利用國際化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享。此外，藍(lán)牙無線通信在石油化工生產(chǎn)中十分常見，如工作人員定位、生產(chǎn)廠區(qū)巡檢等。將藍(lán)牙無線通信技術(shù)集成至分布式控制系統(tǒng)后，將需要巡邏的線路上布置藍(lán)牙信標(biāo)，如此方可實(shí)現(xiàn)石油化工廠區(qū)的巡檢需求，當(dāng)攜帶終端的車輛、人員步入信號發(fā)射區(qū)后，分布式控制系統(tǒng)便可快速實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位，并及時(shí)獲取數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中[3]。

2.3 化工生產(chǎn)階段無線數(shù)據(jù)傳輸運(yùn)用

例如石油化工企業(yè)生產(chǎn)階段，可利用2.4 G直序擴(kuò)頻技術(shù)結(jié)合溫度、流量、振幅傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，同時(shí)運(yùn)用ZigBee技術(shù)，將數(shù)據(jù)快速傳輸至企業(yè)數(shù)據(jù)中心ERP系統(tǒng)，亦或是將數(shù)據(jù)以短信形式發(fā)送至相關(guān)工作人員移動(dòng)通信設(shè)備中，可讓企業(yè)管理者實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)進(jìn)度、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行情況、生產(chǎn)環(huán)境安全水平。首先，企業(yè)采集壓力數(shù)據(jù)期間，無線通信技術(shù)可實(shí)時(shí)傳輸耐壓管、石油管道、大型機(jī)械設(shè)備壓力數(shù)據(jù)，利用生產(chǎn)現(xiàn)場的傳感器將數(shù)震動(dòng)頻率、溫度等數(shù)據(jù)據(jù)快速傳輸至中繼站，隨后中繼站將數(shù)據(jù)發(fā)送至接收中心，落實(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸。其次，數(shù)據(jù)流量采集階段，利用無線通信技術(shù)，可將氣體、液體流量數(shù)據(jù)實(shí)施采集、傳輸，配合流量計(jì)開展監(jiān)測數(shù)據(jù)的快速、精準(zhǔn)計(jì)算。再次，此外，無線通信技術(shù)對比串口通信、以太網(wǎng)通信，僅需借助極小的系統(tǒng)功率，便能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)超遠(yuǎn)距離傳輸，故基于無線通信技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸，具有更低的整體模塊成本[4]。

3 結(jié)語

無線通信技術(shù)的運(yùn)用極大程度促進(jìn)了石油化工生產(chǎn)效率，將石油化工生產(chǎn)水平提升至全新高度。然而，在實(shí)際運(yùn)用階段，不同的生產(chǎn)環(huán)境、運(yùn)用水平都影響著無線通信技術(shù)的運(yùn)用效果，故企業(yè)運(yùn)用階段除了基本掌握無線腐蝕測量器、無線分布式控制系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪\(yùn)用方式外，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求、實(shí)際生產(chǎn)情況合理探索更多的運(yùn)用方向，確保進(jìn)一步提升無線通信技術(shù)運(yùn)用深度與水平，從而全面提升石油化工生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化水準(zhǔn)。