安全可靠的艾默生智能无线技术
安全可靠的艾默生智能无线技术
——艾默生智能无线技术在江苏金翔三期油库罐区计量系统中的应用
由艾默生雷达液位计构成的常规罐区计量系统存在信号电缆接线或信号电缆本身出现问题时对储罐失去监视的问题。应用艾默生公司智能无线技术解决储罐计量，实现对罐区数据的安全性、可靠性采集和仪表管理。艾默生智能无线技术具备自组织的ｍｅｓｈ网络特点，装有无线ｔｈｕｍ适配器的雷达液位计可作为路由节点，通讯路径冗余，抗力强。本文就江苏金翔三期油库工程，探讨无线技术在油库计量应用方案配置及体会。
图１艾默生常规罐区计量系统
图２艾默生无线解决储罐计量方案结构
图３艾默生智能无线ｔｈｕｍ™ 适配器
江苏金翔石化有限公司主要从事汽油、柴油、煤油和化工产品等的销售及仓储，有三个油库，分为一、二、三期油库，总库容为２３．３１万立方米。其中三期油
库共有８个油罐，４个２０００ ｍ３罐，１个１６０００ｍ罐和３个２３０００ｍ罐，库容总计９．３万立方米，全部工程于２０１０年１２月竣工。
罐区计量系统难点
江苏金翔油库是做为贸易交接的油库，需要对所有储油罐的液位、温度、压力、液位变化率等重要数据进行实时监测。监控罐内这些数据有助于确保用于财
务报告、生产计划及时间安排的数据的准确性。不准确的测量可能导致容量使用不理想、账目错误甚至发生溢出等环境事件。
因此，江苏金翔二期油库就选用了艾默生ｔａｎｋｒａｄａｒ ｒｅｘ ３９００系列贸易交接计量级雷达液位计与相应多点温度计、ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ ３０
５１ｓ压力变送器，构成常规储罐计量系统，见图１。
罐区计量系统的数据传输是采用有线的总线通讯，由每个油罐上ｔａｎｋｒａｄａｒ ｒｅｘ雷达液位计的信号线，与其它油罐的信号线汇合接在现场接线盒上，构成一个星型网络，再由现场接线盒里接出两根信号线进入现场通讯单元ｆｃｕ里，然后再接入ｐｌｃ控制系统中。信号传输过程中，可能会出现下面问题：中间接线端子是潜在的故障点，接线不佳或脱落导致通讯故障，储罐失去监视；信号电缆受损（火灾、野蛮作业等）是另一潜在危险，会导致罐区部分或整体失去视；因雷达液位计数据是*入整个库区ｐｌｃ控制系统处理的，当ｐｌｃ系统出现故障时，整个罐区雷达液位仪测量数据均不能在ｐｃ上位机上正常显示，罐区失去监视。在二期油库监控系统运行过程中就出现过上述
情况。
艾默生智能
无线技术解决方案
无线储罐计量系统的架构由于常规罐区计量监控存在上述可能性问题，因此，在金翔三期库区自动化监控系统中，运用了艾默生智能无线储罐计量系统。这个系统是在艾默生常规罐区计量系统的基础上，增加了智能无线 ｔｈｕｍ 适配器和智能无线网关１４２０，构成罐区监控无线网络。无线储罐计量系统结构见图２。储罐计量系统中的每台艾默生ｔａｎｋｒａｄａｒ ｒｅｘ 液位计配有一个智能无线ｔｈｕｍ 适配器，成为一个无线节点，这些节点与智能无线网关１４２０构成一个自组织网格架构网络。这个自组织网状网络会自动查找如何绕过固定或临时障碍的*佳方法。这个网络采用２．４ｇｈｚ 的世界公用频段，通讯路径冗余，数据可靠性达到９９％。智能无线网关与上位机系统无缝连接，其通信协议可以采用串行通信口ｍｏｄｂｕｓ ｒｓ４８５／ｒｔｕ方式，也可以通过标准以太网采用ｍｏｄｂｕｓ ｔｃｐ／ｉｐ 协议或ｏｐｃ 协议与控制系统的上位机相连，实现与控制系统数据交换。
艾默生智能无线 ｔｈｕｍ 适配器智能无线ｔｈｕｍ适配器，专门为已经在现场安装使用的有线ｈａｒｔ设备开发的适配器，它将有线ｈａｒｔ设备升级为无线设备。它利用现有有线仪表的供电工作，无需电池，不破坏现有有线设备的性能，同时可以将有线设备的测量值、诊断信息通过无线方式传送到智能网关。
装有ｔｈｕｍ适配器的设备作为艾默生智能无线自组织现场网络的一个组成部分，实现传输现场智能信息，改善质量、安全性、可用性、运营并降低维护成本。图３为艾默生智能无线ｔｈｕｍ适配器的外观照片。
智能无线适配器ｔｈｕｍ特点有：访问有线ｈａｒｔ设备的上等仪表诊断信息；采集有线多变量ｈａｒｔ设备的测量信息和诊断信息；使有线ｈａｒｔ设备具有无线功能，成为变成无线测量点；对远程设备进行管理和性能监视。可以有效减少故障诊断和排除的时间；不丢失数据；对远程设备可以进行校验。
艾默生ｔａｎｋｒａｄａｒ ｒｅｘ ３９５０雷达液位计ｔａｎｋｒａｄａｒ ｒｅｘ雷达液位计设计用于为所有罐区和炼油厂提供符合贸易交接精度要求的可靠的储罐存量数据。这种基于调频连续波（ｆｍｃｗ）原理的非接触雷达测量技术具有高精度、免维护、高可靠性及持久性。仪表液位精度为±０．５ ｍｍ。配有内置多点温度输入接口、模拟输入／输出以及继电器输出接口，以实现完整的罐量和贸易交接功能，见图４。
图４ｔａｎｋｒａｄａｒ ｒｅｘ雷达液位计与ｔｈｕｍ适配器
艾默生智能无线网关１４２０无线网关在无线控制系统中起到中间转换的作用，它是连接现场设备和控制系统的桥梁，实现网络管理、数据管理和设备管理三大功能。首先网关要管理其辖区内的无线设备，根据其位置分布自动建立通讯网络，保证各个被检测的工艺参数准确可靠的传输到网关，一旦网络建立，即利用标准接口和支持相应的通讯协议将收集到的工艺数据和设备状态数据送入控制系统内，以实现对现场设备及工艺数据的监控。
每一个艾默生１４２０网关*多可支持 １００台无线设备；和上位机通信时， 支持ｍｏｄｕｂｕｓ ｒｓ４８５、 ｍｏｄｂｕｓ ｔｃｐ／ｉｐ 及ｅｔｈｅｒｎｅｔｏｐｃ的通讯协议，与ｄｃｓ、ｐｌｃ 或ｓｃａｄａ系统无缝连接；每台无线设备为无线网络中的一个通讯节点，可用作路由器，建立通讯网络，并自动选择*优通信路径；符合本安防爆认证要求，可以安装在危险区域内；网关供电为 ２４ｖｄｃ；图５为艾默生智能无线网关 １４２０的外观照片。
图５艾默生智能无线网关 １４２０
图６金翔三期油库储罐计量系统结构
艾默生智能无线解决方
案在三期油库中的应用
三期油库储罐计量系统的方案在三期库区储罐计量系统中，运用了艾默生常规罐区计量加无线储罐计量的方案，构成一个冗余设计，在原常规罐区计量系统中，给每台ｔａｎｋｒａｄａｒ ｒｅｘ 液位计配一个智能无线ｔｈｕｍ适配器，使之成为一个无线设备，然后把测量值、诊断信息通过无线方式无线传送到智能网关１４２０，再通过ｏｐｃ通讯方式，直接跟ｗｉｎｃｃ组态软件相连接，同时有线通讯的数据是由现场通讯单元ｆｃｕ通过ｍｏｄｂｕｓ ｒｓ４８５通讯方式跟ｐｃｓ７控制系统相连，再与ｗｉｎｃｃ组态软件通讯，这种冗余通讯方式保证了罐区测量数据的安全性和可靠性，其结构见图６。
智能无线适配器和网关的现场安装
三期油库有８个油罐，*远的一个油罐到库区监控室距离大概３００米，８个无线ｔｈｕｍ适配器，分别固定安装在罐顶的护栏上，如图７所示。无线网关１４２０安装在监控室的室外墙壁上（见图８）。它们之间的距离满足无线安装要求，且各个无线网络点，都能相互通讯，这样可以保证无线信号覆盖整个库区且信号传输路由冗余，数据传输可靠。无线适配器和网关在库区分布如图９所示。
图７现场无线雷达液位计的安装
图８现场无线网关的安装
图９无线适配器和网关在三期库区的分布
传统有线系统和智能无线技术的实际应用
三期油库工程自２０１０年１２月 投运以来，无线储罐计量系统运行正常，数据传输可靠（见图１０）。
图１１为有线传输数据监控界面，对比图１０，可以看出所显示的每个油罐的监控数据一致，从而增强了仪表维护工程师的使用无线仪表的信心。
ａｍｓ设备管理系统在无线罐区的应用
仪表维护工程师还可以通过ａｍｓ智能设备管理软件实现对罐区雷达液位计，进行远程在线组态，减少了到现场危险区域工作次数，ａｍｓ使用人性化设计ｈｃｄ给用户提供的是按照操作任务要求而设计的直观的操作面板（见图１２）。
同时雷达液位计有丰富的诊断信息，可以通过无线系统传回控制室，仪表人员可以在ａｍｓ系统中得到设备预警，如天线污染、满罐报警、空罐报警、无表面回波等，
做到在仪表故障影响扩大之前，及时找到故障原因，并排除这些故障
（见图１３）。
图１０金翔三期油库群罐无线监控界
图１１金翔三期油库群罐有线监控界面
图１２ｒａｄａｒ的参数组态界面
图１３ｒａｄａｒ故障报警画面
应用艾默生智能无线和总线的冗余通讯，可以有效降低接线或信号电缆本身出现问题时对储罐失去监视的可能性问题。采用艾默生纯智能无线储罐计量系统方案，可节省大量电缆、布线、施工、调试成本，大大缩短工期。同时可以利用无线ｈａｒｔ技术，对设备快速便捷地组态、及时获得现场故障信息、**了解现场设备运行的整体状况。
对于基础设施差的老罐区，利用艾默生智能无线技术改造的优势更加突出。随着无线技术的发展，在油库罐区，尤其是贸易交接的油库，无线技术的使用可以大大增强关键数据的可靠性，安全性，完善罐区的管理。
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