基金会现场总线在罐区管理控制系统中应用

　　由于我国具体的国情，长期以来对罐区的管理主要是靠人工进行，并没有形成真正意义上的“监控系统”。以油罐为例，最初只是靠有经验的工人利用油尺通过对各油罐的液位高度进行测量（即通常所讲的“人工检尺”）的方法来对油罐进行监视。该方法原始而又繁琐，人为因素影响大，精度低，而且危险区中的有毒有害气体对操作工的身体造成很大的危害，操作工在油罐上爬上爬下很不安全。为了提高对储罐参数测量的精度以及保护工人的身体健康，减轻工人的劳动强度，到了90年代初，各油罐上基本都装备了能够对液位进行自动测量的仪表。该仪表一般由一次仪表和二次仪表两部分组成。位于现场的一次仪表采集各油罐的液位参数并通过统一的模拟信号如4-20mA的直流电流信号或某种专用的通讯协议送往集中控制室的二次仪表。此时操作人员就可以坐在控制室里通过二次仪表纵观各油罐的状况了。但通过这些二次仪表仅仅能够对储罐参数进行“监视”而无法实施控制，因此具体的控制工作仍需人工进行。随着生产规模的不断扩大，罐区的规模也越来越大，油品的种类也不断增加。管理人员按照由生产部门所制订的生产计划和常年积累下来的经验对罐区进行监视与控制的管理方式越来越显示出其在实时性、准确性、合理性方面的不足。同时，由于炼油装置的自动化水平的不断提高对罐区的管理也提出了更高的要求，因此管理人员的责任和压力也不断增加，这对生产的安全是很不利的。

　　随着计算机技术的不断发展，可靠性的不断提高，以及价格的大幅度降低，计算机在工业中的应用越来越普及。可编程控制器（PLC）以及由多个计算机递阶构成的集中与分散相结合的集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）被广泛地应用到各行各业。由于DCS在炼油厂各装置中的广泛应用，广大工程技术人员具备了较丰富的经验，因此在构造罐区监控系统的时候纷纷参照各装置中DCS的做法。在硬件结构方面，类似于炼油装置，罐区现场的仪表将温度、液位等参数转换成统一的模拟信号然后点对点地送往控制室的操作控制部分。但是，由于罐区有别于一般炼油装置的突出特点是地理分布很广泛，控制分散，因此系统结构采用与炼油装置相同的点对点连接方式时，就需要用到比一般装置多很多的电缆和接线端子及桥架等附件，系统施工时要耗费大量的人力，且很难保证连接的可靠性。为数众多的连接点及故障诊断的困难，也给日后系统的检修及维护带来了很大的不便。并且信号长距离的传输使信号的精度大大降低。

　　当今国际上现场总线技术已经逐渐发展成熟，并在一些特定的应用领域显示了自己的影响和优势。现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统，仪表与控制系统间通过总线采用一对多的方式实现双向的、全数字信号通讯，减少大量布线，易于系统安装和维护，同时，将控制任务下放至本地仪表，危险彻底分散，加强系统的自主能力，可对现场变化实时作出响应。在我国，现场总线技术的发展才刚刚起步，特别是在罐区管理方面很少有应用，如何结合现场总线技术本身的特点及我国国情，将其应用于各行业，推动我国自动化领域现代化进程，是广大科技人员面临的主要问题。石油化工业生产过程复杂多变，并且生产环境带有潜在爆炸危险，在这一领域中对基于现场总线的新型控制系统提出了如下四个最基本的要求：

　　1）、要有完备的防爆保护措施，以保证在爆炸危险环境中生产过程的绝对安全。

　　2）、要有很高的可靠性，以保证数据在任何状况下的可靠传输。也就是要做到“线路冗余”。

　　3）、对应“连续过程”这一特点，控制系统要有处理模拟数据的能力。并且还要满足“在线参数化”的要求。

　　4）、所有现场设备可以在线插拔，而不影响系统的正常工作。

　　NCS3000网络化控制系统是我国自主开发的基于FF现场总线技术的完整自动化控制系统，具有全数字化、智能化、网络化和开放的特点。NCS3000采用数字化信号，FFHSE高速总线和FFH1总线相互补充，构成企业综合自动化系统的网络平台，现场总仪表、智能I/O与计算机之间通过现场总线连成一体，系统结构简单，可扩展性强，具有设备远程调试和自诊断能力，同时，可以集成各种流行的工业自动化设备和监控组态软件，是真正开放的网络化控制系统。

　　从上个世纪七八十年代开始，普遍采用安全栅使控制系统满足防爆要求，这种方法一直沿用至今。但使用安全栅，无形中使控制系统的结构变的复杂且增加了施工的难度。从上个世纪九十年代中期开始，世界上各大防爆专业厂商纷纷研制将安全栅与控制器的I/O模块集成在一起的产品，从而简化系统的结构。一些具备防爆功能的远程I/O产品相继问世。为了与尽量多的控制系统相匹配，这些厂家制造的产品都采用了流行的现场总线作为与控制器通讯的介质。并且为了能在危险区中发挥远程I/O的优势，新型的远程I/O产品通过采取一系列的防爆措施使得其自身可以直接安装在危险区中。随着IT技术、网络技术的快速发展，对控制系统的要求越来越高，从单纯的精确控制向安全控制和监控管理转变。因此，基于串行通信技术的现场总线系统，由于兼具了分散控制和数据传输的功能，从而在控制领域得到了广泛的应用。

　　NCS3000网络化控制系统由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护;用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点，现场总线技术正越来越受到人们的重视。中国科学院沈阳自动化研究所推出的NCS3000网络化控制系统具有全数字化、智能化、网络化和开放的特点，以现场总线技术为核心，OPC技术为纽带，将现场总线仪表、模拟仪表、分布式智能I/O、DCS和PLC等工业自动化设备有机地集成在一起，自动化程度和控制精度都较高，已经成功应用于罐区管理行业，为企业综合自动化系统提供了一套完整的解决方案，取得良好效果。　图1所示为一种典型的远程I/O产品。