油罐自動測量系統(tǒng)方案對比研究

（1．燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2．江蘇科技大學(xué)電信學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003 ）

油罐自動測量系統(tǒng)方案對比研究

俞星吉1齊 亮2

（1．燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2．江蘇科技大學(xué)電信學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003 ）

本文分析了油罐自動測量系統(tǒng)的基本方法和傳感器選型，重點討論了ENRAF和ROSEMOUNT公司自動測量系統(tǒng)的功能、特點和測量方案，并對兩種自動測量系統(tǒng)進行對比研究，給出了不同方案下系統(tǒng)可實現(xiàn)的測量功能。

油罐；液位測量；傳感器

1 系統(tǒng)描述

目前，油庫油罐自動測量系統(tǒng)主要采用ENRAF公司和ROSEMOUNT公司的自動測量系統(tǒng)，兩者產(chǎn)品的基本功能和構(gòu)成方式大體相同，主要由液位、溫度和壓力等測量儀表以及罐旁顯示單元、現(xiàn)場總線通訊接口、控制操作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、測量軟件等組成。

油罐自動測量系統(tǒng)通常采用混合法油罐計量方式，由先進的高精度液位和靜壓力測量儀表共同組成。它利用先進的伺服或雷達液位計測得油罐準確的液位L；利用智能壓力傳感器準確測量油罐底部的壓力P；利用多點溫度傳感器測得平均溫度，即可推算出油料體積V、密度ρ和質(zhì)量m，測量原理如圖 1所示。

測量系統(tǒng)硬件由液位、溫度和壓力傳感器以及信號接線端子、現(xiàn)場通訊單元、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場控制操作站（SCADA系統(tǒng)）、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備等組成。各油罐安裝的液位測量傳感器通過現(xiàn)場總線接口與現(xiàn)場通訊單元的底層總線相連，實現(xiàn)各油罐液位、壓力測量等信號的綜合采集。油罐自動化測量系統(tǒng)的準確度主要取決于壓力測量準確度。壓力儀表的準確度都是相對于滿量程，儀表量程與罐高一致，以保證低液位時的測量精度。溫度測量點根據(jù)不同大小的油罐進行設(shè)置。10000、20000立方油罐設(shè)5點溫度測量；5000立方罐設(shè)3點溫度測量；1000立方罐設(shè)2點或1點。

2 油罐自動測

量系統(tǒng)方案對比

2.1 ENRAF液位計方案

ENRAF液位自動測量系統(tǒng)中主要由油罐測量傳感器、現(xiàn)場接線盒、通訊單元CIU、MODBUS網(wǎng)關(guān)、交換機和測量軟件等組成，其中每一個油罐采用進口超高精度伺服液位計、靜壓力表和多點溫度計進行油料體積和質(zhì)量的測量，如圖2所示。

信號采集方式：采用ENRAF專用接線盒將ENRAFBPM現(xiàn)場總線和多套液位計、多點溫度計、壓力變送器相連，由罐區(qū)專用防爆接線箱將液位測量信號通過專用信號電纜直聯(lián)到信息中心的CIU輸入接口，CIU最多提供四個接口與罐區(qū)相連。利用CIU的兩個輸出接口（RS232或RS485可選）進行油罐自動測量系統(tǒng)的集成，實施的具體方案為：一路輸出接口在信息中心與液位測量控制操作站相連，運行ENTIS庫存管理軟件，顯示各油罐的液位等信息，保持原液位測量的全部功能；另一路輸出接口在信息中心通過網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器直聯(lián)，實現(xiàn)油罐信息集成，滿足油庫信息建設(shè)要求。該方案能提高油罐自動測量系統(tǒng)冗余度。

圖1 油罐液位測量系統(tǒng)構(gòu)成

圖2 ENRAF液位自動測量系統(tǒng)

圖3 ROSEMOUNT液位自動測量系統(tǒng)

在多罐區(qū)集成測量中，也可通過訪問ENTIS庫存管理軟件生成的數(shù)據(jù)庫文件（Access數(shù)據(jù)庫），實現(xiàn)液位測量集成，該方案將要編制數(shù)據(jù)庫訪問程序，測量系統(tǒng)冗余度相對要弱。

2.2 ROSEMOUNT液位儀方案

ROSEMOUNT液位自動測量系統(tǒng)中主要由油罐雷達測量傳感器、現(xiàn)場接線盒、通訊單元FCU2160、MODBUS網(wǎng)關(guān)和交換機、測量軟件等組成，其中每一個油罐采用進口超高精度雷達液位計、靜壓力表和多點溫度計進行油料的體積和質(zhì)量測量。

雷達液位自動測量系統(tǒng)信號采集方式：采用ROSEMOUNT專用接線盒將TRL/2現(xiàn)場總線和多套液位計、多點溫度計、壓力變送器相連，由罐區(qū)專用防爆接線箱將液位測量信號通過專用信號電纜直聯(lián)到信息中心的FCU2160輸入接口，F(xiàn)CU2160最多提供四個現(xiàn)場總線接口與罐區(qū)雷達液位傳感器相連。利用FCU2160的兩個輸出接口（RS232或RS485可選）進行油罐自動測量系統(tǒng)集成，實施的具體方案為：一路輸出接口在信息中心與液位測量控制操作站相連，運行TankMaster測量軟件，顯示各油罐的液位等信息，保持原液位測量的全部功能。

另一路輸出接口在信息中心通過MODBUS網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器直聯(lián)，實現(xiàn)油罐信息集成，滿足油庫信息建設(shè)要求。該方案能提高油罐自動測量系統(tǒng)冗余度。

在多罐區(qū)集成測量中，，也可通過訪問TankMaster自動測量軟件的OPC（OLE for Process Control）接口，實現(xiàn)液位測量的集成，該方案將要編制OPC接口訪問程序，測量系統(tǒng)冗余度相對要弱。

3 實現(xiàn)功能

3.1 儲油罐實時監(jiān)測與計量

儲油罐狀態(tài)實時監(jiān)測：儲油罐液位、界位、溫度、平均溫度等多參數(shù)及狀態(tài)實時監(jiān)測；收發(fā)油作業(yè)狀態(tài)實時監(jiān)測。

儲油罐狀態(tài)實時報警：高低液位預(yù)報警、報警，水位超高預(yù)報警、報警；溫度上限報警；壓力上限報警；混油報警；泄漏報警等。

儲油罐實時計量：依據(jù)液位、界位、罐容表和體積修正系數(shù)計算油料容積；依據(jù)容積、密度和密度修正系數(shù)，計算油料質(zhì)量。體積、質(zhì)量棒狀圖和數(shù)據(jù)表顯示，液位、溫度等參數(shù)的數(shù)據(jù)表、實時曲線和歷史曲線顯示。

3.2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定與修改

儲油罐區(qū)參數(shù)設(shè)定和修改：儲油罐數(shù)量、標號設(shè)置，油料種類增減、運轉(zhuǎn)狀態(tài)設(shè)置，標準密度設(shè)置，通道定義、通訊參數(shù)設(shè)置，儲罐分區(qū)管理定義等。

儲油罐參數(shù)設(shè)定和修改：儲油罐高度、安全高度、油料種類、液位和界位基準零點、液位和界位高低報警值等設(shè)定和修改；儲罐容積表設(shè)定、修改和自動修正。

3.3 儲油罐信息自動管理

基于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)儲油罐信息自動存儲、查詢、統(tǒng)計、分析、預(yù)測、報表生成、預(yù)覽及打印等功能。該功能主要由設(shè)置在信息中心的油罐信息控制操作站完成，也可在權(quán)的其它SCADA工作站進行儲油罐信息自動監(jiān)測、顯示和管理，工作站的報表生成、預(yù)覽及打印功能由系統(tǒng)授權(quán)決定。

3.4 油罐液位計通訊狀態(tài)顯示

在油庫管理系統(tǒng)中，為了及時了解油罐自動測量系統(tǒng)通訊設(shè)備的工作狀態(tài)，在上層網(wǎng)絡(luò)平臺上將設(shè)置通訊設(shè)備狀態(tài)SCADA工作站，通過SCADA系統(tǒng)和現(xiàn)場通訊單元（CIU或FCU）的通訊，實時監(jiān)測液位測量系統(tǒng)的通訊狀態(tài)，并加以顯示，提高了液位測量系統(tǒng)的可靠性、可維護性和綜合監(jiān)測能力。網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)監(jiān)測信息能通過SCADA界面顯示網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)，實現(xiàn)狀態(tài)信息的存儲、查詢等功能。

結(jié)語

本文以ENRAF和ROSEMOUNT公司油罐自動測量系統(tǒng)為例，分析了油罐自動測量系統(tǒng)的基本方法和組成；針對兩者傳感器的不同功能特點，重點研究了兩個公司自動測量系統(tǒng)的基本測量和系統(tǒng)實現(xiàn)擴展測量的方案；給出了儲油罐實時監(jiān)測與計量、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定與修改、儲油罐信息自動管理和油罐液位計通訊狀態(tài)顯示等重要功能，對油庫多油罐系統(tǒng)進行綜合監(jiān)測與控制具有指導(dǎo)作用。

[1]ENRAF,Instruction manual series 880 CIU Prime,November 2003．

[2]ENRAF,880CIU Prime 通訊接口單元，CIUPrime技術(shù)規(guī)格書，2005．

[3]ROSEMOUNT,TankMaster Batch Handling,User’s Guide 303041 En,Edition 1 November 2006．

TP273

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