艾默生智能無線技術(shù)方案及其應(yīng)用

孫寶歧 陳高科 王 軍

(中國石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部，蘭州 730060)

艾默生智能無線技術(shù)方案及其應(yīng)用

孫寶歧 陳高科 王 軍

(中國石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部，蘭州 730060)

將艾默生智能無線技術(shù)方案應(yīng)用于年產(chǎn)量5萬噸的丁腈裝置中。目前裝置已成功開車，4臺(tái)無線儀表每隔30s刷新一次數(shù)據(jù)，且測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

智能無線技術(shù) DeltaV DCS系統(tǒng) Wireless HART技術(shù) 自組織無線網(wǎng)絡(luò)

艾默生智能無線技術(shù)是研究和開發(fā)最早的一種工業(yè)無線技術(shù)，具有接線少和投入成本低的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)最具特征的網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)體系使得無線通信的可靠性達(dá)到了99.99%以上的工業(yè)級(jí)要求，遠(yuǎn)高于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線通信技術(shù)，因此在化工生產(chǎn)和控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。作為艾默生工廠管控網(wǎng)Plant Web數(shù)字工廠的一部分，智能無線技術(shù)方案的應(yīng)用減少了與有線設(shè)計(jì)和安裝相關(guān)的工作，也減少了機(jī)柜、線纜、終端、電纜橋架及安裝圖紙等工作，可為后期改造和新上項(xiàng)目建設(shè)提供更加靈活的設(shè)計(jì)和施工選擇，能夠節(jié)省90%以上的安裝成本。

1 智能無線技術(shù)方案

艾默生智能無線技術(shù)方案(圖1)所使用的現(xiàn)場設(shè)備具有智能預(yù)測的優(yōu)點(diǎn)，能解決諸多工廠中的測控盲點(diǎn)難題。現(xiàn)場設(shè)備組成一個(gè)自組織無線網(wǎng)絡(luò)(Wireless HART技術(shù)[2])，設(shè)備之間的通信可以自由選擇路徑，一臺(tái)1420無線網(wǎng)關(guān)最多掛接100個(gè)無線設(shè)備。在自組織無線網(wǎng)絡(luò)中，每一臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備都是其他鄰近設(shè)備的路由器，它們接力傳遞數(shù)據(jù)，直到這些數(shù)據(jù)通過智能無線網(wǎng)關(guān)到達(dá)控制室。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模越大設(shè)備越多，提供的冗余通信路徑越多，網(wǎng)絡(luò)通信的功能也就越強(qiáng)大[3]。該方案通過整合創(chuàng)新自組織無線通信技術(shù)、跳頻技術(shù)、全網(wǎng)格冗余通信技術(shù)、時(shí)間同步技術(shù)和艾默生在行業(yè)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的無線設(shè)備，如1420無線網(wǎng)關(guān)、3051S無線壓力變送器及AMS智能設(shè)備管理軟件等，最終實(shí)現(xiàn)與DeltaV DCS系統(tǒng)和其他主機(jī)系統(tǒng)(包括PLC)的無縫式數(shù)據(jù)通信。

圖1 艾默生智能無線技術(shù)方案

智能無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)與DeltaV DCS系統(tǒng)的集成如圖2所示。DeltaV 10.3版本以后的DCS系統(tǒng)可以將無線網(wǎng)關(guān)直接掛在有線控制網(wǎng)絡(luò)上，就像普通的控制器節(jié)點(diǎn)一樣。DeltaV提供標(biāo)準(zhǔn)的接口和網(wǎng)管集成，組態(tài)工具也完全支持網(wǎng)關(guān)、儀表組態(tài)和設(shè)備監(jiān)視功能，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)有線控制系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)的無縫結(jié)合。

2 應(yīng)用實(shí)例

中國石油蘭州石化公司橡膠廠在年產(chǎn)量5萬噸的丁腈裝置2000#化學(xué)品配置單元的V-208終止劑罐、V-209除氧劑罐、V-202乳化劑罐和V-205氫氧化鈉罐的進(jìn)料管線處共安裝了4臺(tái)3051S無線變送器，用來測量V-208、V-209罐的液位和V-202、V-205罐的進(jìn)料管線壓力。同時(shí)，利用安裝在現(xiàn)場的1420無線網(wǎng)關(guān)和一根普通的2×1.5mm電纜，通過Modbus/RTU方式與控制室的DeltaV DCS系統(tǒng)建立通信，在DeltaV DCS系統(tǒng)上進(jìn)行組態(tài)和顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述工藝過程變量的測量、監(jiān)視和報(bào)警。

圖2 智能無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)與DeltaV DCS系統(tǒng)的集成

2.1無線網(wǎng)關(guān)的配置

為了對(duì)無線智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行配置[4]，必須通過PC和網(wǎng)關(guān)之間建立本地連接。

首先給網(wǎng)關(guān)上電，1420網(wǎng)關(guān)正常工作時(shí)需要24V(DC)供電(圖3)。

圖3 1420網(wǎng)關(guān)端子

然后使用網(wǎng)線連接PC和網(wǎng)關(guān)(P1)以太網(wǎng)插口。

在PC上找到Local Area Connection，點(diǎn)擊Properties，選中Internet Protocol(TCP/IP)，雙擊手動(dòng)配置：IP地址為192.168.1.10，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，點(diǎn)擊OK退出設(shè)置窗口。

打開IE瀏覽器，在地址欄輸入https://192.168.1.10進(jìn)入默認(rèn)網(wǎng)頁。對(duì)彈出的安全警告點(diǎn)擊“YES”，再點(diǎn)擊Setup→Internet Protocol→Address進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，配置靜態(tài)IP地址或設(shè)置DHCP并輸入主機(jī)名，通過Setup→Restart Apps重新啟動(dòng)應(yīng)用軟件。

重新打開1420網(wǎng)關(guān)的Web頁面對(duì)1420網(wǎng)關(guān)的Modbus進(jìn)行設(shè)置(圖4)。

圖4 1420網(wǎng)關(guān)的Modbus設(shè)置界面

2.2現(xiàn)場無線變送器的配置

安裝現(xiàn)場無線變送器的電池，使用HART375設(shè)置無線儀表量程、位號(hào)等參數(shù)，設(shè)置與網(wǎng)關(guān)一致的網(wǎng)絡(luò)ID和握手密碼，建立現(xiàn)場無線儀表與1420無線網(wǎng)關(guān)的通信連接，再回到1420無線網(wǎng)關(guān)，在Setup→Modbus→Mapping中對(duì)4臺(tái)無線表的過程參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。3051S壓力變送器的4個(gè)參數(shù)為：Primary Value(PV)過程壓力值、Second Value(SV) 傳感器溫度、Trilogy Value(TV) 變送器線路板溫度和Quartet Value(QV) 電池電壓。

2.3DeltaV DCS系統(tǒng)串口通信卡的設(shè)置與組態(tài)

2.3.1串口通信卡設(shè)置

DeltaV DCS系統(tǒng)每個(gè)串口通信卡含有兩個(gè)通信口，其中接線端子1～6為通信口1(P01)，接線端子7～12為通信口2(P02)。把從現(xiàn)場1420無線網(wǎng)關(guān)過來的RS-485通信線接到串口通信卡的端子2(+)和4(-)上，屏蔽線接到端子1上。

DeltaV DCS系統(tǒng)與1420無線網(wǎng)關(guān)之間的通信采用RS-485半雙工串口通信方式，Modbus/RTU協(xié)議，比特率19 200bit/s，奇偶校驗(yàn)為even，其他設(shè)置通過點(diǎn)擊DeltaV DCS通信卡的P01通道屬性進(jìn)行設(shè)置，具體如圖5所示。設(shè)置完成后下裝串口卡，串口卡的通信口1燈長亮說明通信已建立，且數(shù)據(jù)通信正常。

2.3.2DCS系統(tǒng)的module組態(tài)

在DCS系統(tǒng)上分別建立LT-2108(圖6)、LT-2109、PT-2108(圖7)和PT-2109共4個(gè)module組態(tài)，DeltaV數(shù)據(jù)類型為帶狀態(tài)的浮點(diǎn)量，PLC Data Type為Holding Registers，其余設(shè)置為默認(rèn)，40001～40007用來讀取現(xiàn)場4臺(tái)無線變送器的測量值，具體如下：

40001：LT-2108.PV V-208罐液位測量值

40003：LT-2109.PV V-209罐液位測量值

40005：PT-2108.PV V-202罐進(jìn)料管線壓力

40007：PT-2109.PV V-205罐進(jìn)料管線壓力

由于液位是百分比顯示，所以在AI模塊后加一個(gè)減法器(減掉遷移量)和除法器(除以量程值)。按照工藝要求設(shè)置液位和壓力的低低限(LL)、低限(L)、高限(H)、高高限(HH)報(bào)警。

下裝4個(gè)module到控制器，通過DeltaV的Operate Configure圖形編輯器繪制工藝流程圖，并在流程圖上建立V-208、V-209罐的液面和V-202、V-205罐的進(jìn)料管線壓力數(shù)據(jù)連接棒圖，然后將這4個(gè)測量值顯示到流程顯示畫面(圖8)上。經(jīng)過DCS系統(tǒng)中控顯示和現(xiàn)場實(shí)際標(biāo)定，DCS系統(tǒng)顯示值與實(shí)際值完全一致。

圖5 通信卡P01通道屬性設(shè)置界面

圖6 LT-2108 module組態(tài)

圖7 PT-2108 module組態(tài)

圖8 測量值在操作流程圖上的顯示畫面

3 結(jié)束語

筆者介紹了一種艾默生智能無線技術(shù)方案，并將該方案應(yīng)用于中國石油蘭州石化公司橡膠廠年產(chǎn)量5萬噸的丁腈裝置中。目前裝置已開車成功，4臺(tái)無線儀表每隔30s刷新一次數(shù)據(jù)，且測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。雖然該方案只是一個(gè)簡單的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，但它的成功應(yīng)用，顯示了智能無線技術(shù)具有巨大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，該方案可實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)操作、過程監(jiān)控、資產(chǎn)管理、經(jīng)營和市場管理一體化的全過程，為企業(yè)構(gòu)建大型聯(lián)合智能化工廠提供一定的參考依據(jù)。

[1] 高晉樹,王洪元,潘操,等.基于無線HART的智能儀表在線監(jiān)控系統(tǒng)[J].化工自動(dòng)化及儀表,2011,38(12):1449～1453.

[2] 彭瑜.無線HART協(xié)議:一種真正意義上的工業(yè)無線短程網(wǎng)協(xié)議的概述和比較[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量,2007,(5):31～37.

[3] 席建華,王豪.工廠管控網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化,2014,50(1):6～9.

[4] 張旭東,凌志浩.基于HART協(xié)議的實(shí)時(shí)設(shè)備管理系統(tǒng)[J].華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,27(5):514～517.

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1000-3932(2016)11-1222-05

2016-06-08(修改稿)