罐區伺服液位計通訊接口的冗余配置方式

[摘 要]隨著我國石化企業的發展和自動化的進步，工廠對儲罐自動計量的要求已不再是原來的單一計量要求，而是進一步擴展到了庫存計量、倒罐計量、輸送計量、安全監督等方面。作為罐區最重要的液位測量儀表，近幾年來大量采用了進口的雷達和伺服液位計，為管理多臺液位計，每個廠家都使用各自的通訊協議和通訊接口單元與其上位監控平臺通訊。儲罐液位計通常為冗余配置，但其通訊接口單元卻是冗余環節中較薄弱的環節，大部分罐區多臺液位計只配一個通訊單元。文章主要探討DCS與霍尼韋爾的恩拉福（ENRAF）伺服液位計的通訊接口單位（CIU）之間的冗余配置方式，以期為相關人員提供參考。

[關鍵詞]儲罐；伺服液位計；CIU；冗余；配置

[中圖分類號]TQ221.211 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0089–03

Redundant Configuration of Communication Interface for Servo Level Gauge in Tank Area

ZHENG Wei

[Abstract]With the development of petrochemical enterprises and the progress of automation in our country， the requirements for automatic measurement of storage tanks in factories are no longer the original single measurement requirements， but have further expanded to inventory measurement， tank pouring measurement， transportation measurement， safety supervision， and other aspects. As the most important liquid level measuring instrument in the tank area， imported radar and servo liquid level meters have been widely used in recent years. In order to manage multiple liquid level meters， each manufacturer uses their own communication protocol and communication interface unit to communicate with their upper monitoring platform. Tank level gauges are usually redundant configurations， but their communication interface unit is a weaker link in the redundant link. Most tank areas have multiple level gauges equipped with only one communication unit. The article mainly explores the redundant configuration method between the communication interface unit （CIU） of DCS and Honeywell’s ENRAF servo level gauge， in order to provide reference for relevant personnel.

[Keywords]storage tanks； servo level gauge； CIU； redundancy； allocation

儲罐液位計要求選用連續測量型液位儀表[1]，常用的類型有雷達液位計、伺服液位計、磁致伸縮液位計、靜壓液位計等，其中雷達和伺服液位計較為常見，盡管這幾年國產伺服液位計有不錯的發展，但目前進口產品仍占據主要地位。罐區需要高準確度的液位儀表，前述的雷達和伺服液位計準確度達到了±1 mm以內，可以很好地滿足計量要求，或作為計量儀表的輔助參考儀表要求。此外，儲罐液位計還需要參加儲罐的高、低液位聯鎖動作，因此設計時通常會在1個儲罐上安裝多臺液位計，以滿足2oo2或2oo3的聯鎖測量儀表冗余配置要求，從避免共因失效的角度出發，冗余的液位計宜采用原理不同，如1臺雷達液位計和1臺式伺服液位計，或二臺原理相同但廠家不同的液位計[2]。

雷達液位計和伺服液位計的應用場合各有不同，雷達液位計適用于重質油品、輕質油品、烴類物料等介質的儲罐液位連續測量，而伺服液位計則比較適用于輕質油品、非腐蝕性輕質烴類液體等儲罐，不太適用于黏稠液體。從原理上說，伺服液位計在使用上優于其他種類的液位計，其不僅可以準確地測量液位高度，還可以測量不同液位的分界面、儲罐內液體的單點溫度、平均溫度、平均密度等，因此1臺伺服液位計也可稱為1套混合式儲罐自動計量系統[3]。

1 ENRAF伺服式液位計網絡構架介紹

ENRAF伺服液位計的網絡框架示意如圖1所示，其中，CIU Prime 與現場伺服液位計之間采用ENRAF公司的現場總線協議（BPM），主要完成現場數據的采集，包括液位、溫度、壓力、密度、報警狀態、界位、氣相溫度和其他相關數據等。1臺CIU Prime CIU最多可以配備4個BPM接口，每個BPM接口支持 15臺表，1臺CIU Prime可以接入至多50個液位計。4個BPM接口的數據采集是并行工作的，這種方式使執行全部液位計的掃描周期只需2～4 s。CIU Prime還提供二路Modbus通訊協議的RS–232/485輸出，其中一路可以連接到用戶的DCS、PLC等系統，用于監控，另一路可以連接到ENRAF公司的Ensite現場儀表調試軟件，用于對現場伺服液位計的遠程調試和診斷。

2 ENRAF伺服液位計CIU冗余設置介紹

CIU冗余設置可以通過ENRAF公司的Entis Pro庫存管理軟件來實現，該軟件較貴，且一般情況下，用戶有自己的庫存管理軟件，不會購買該軟件，故文章不做介紹。下面以PKS DCS為例，介紹不依賴Entis Pro軟件，通過DCS控制來實現兩臺888CIU冗余功能的方法。

2.1 連接2臺CIU

CIU冗余配置通訊線的接法如圖2所示，同步線的作用是同步2臺CIU888設備的數據庫，此外，每臺CIU888的RS485輸出都需要連接到DCS中，以實現DCS與CIU888之間的通訊冗余，而Ensite與CIU888 之間的RS232/485通訊線，只能連接其中1臺CIU，若需要連接到另1臺CIU888時，需要人為插拔轉接。RS485通訊線的做法是：DB9端口2和3短接為RS485負，7和8短接為RS485正。

2.2 CIU888的軟件版本

只有較高軟件版本的CIU888才支持Modbus RS485/RS232和Modbus冗余功能，此外，根據不同的CIU888軟件版本，還需要對CIU配置相應的CIU Service Tool，需注意，CIU888的不同軟件版本所需的CIU Service Tool不相同，不能混用。

2.3 2臺CIU888都升級完成

將Ensite計算機網線插入到主CIU888的Service端口，對主CIU進行各儲罐的組態配置并下裝到CIU 888中，下裝完成后可以通過操作面板檢查主 CIU888的BPM板卡是否正確顯示，所帶的液位計是否在狀態條顯示，檢查無誤后再對輔CIU更新，只要通過操作輔機的齒輪圖標，然后選擇“Redundancy”，再選擇“Prefered second”，輔機就會自動同步主CIU的數據庫。任何時候只有1臺CIU設備處于工作激活狀態，通過控制面板可以看到冗余設備一主一備的工作狀態，圖3中左邊的CIU大寫的“P”在前，小寫的“s”在后，代表其是主CIU，且主CIU正在工作，右邊的CIU小寫的“s”在前，大寫的“P”在后，代表其是輔CIU，目前正在工作的是主CIU。

2.4 CIU的冗余切換

采用DCS發送MODBUS RTU指令來實現的，使用功能碼5，DCS通過Modbus Coil指令發送1值到0000地址就可以實現CIU888主從切換。在DCS中要使用功能碼5需選擇圖4中的 “01 Read Coils”。

無論輔機和主機都可以通過0000地址寫入0和1切換，1表示激活當前連接的CIU888，0表示待機當前連接的CIU888，如果當前機器處于待機，則指令無效。

2.5 CIU888冗余切換機制

DCS發送指令給任意1臺CIU設備啟用或停用指令，該設備會在4 s內完成啟用或停用的響應，另外1臺設備會自動通過冗余網絡更新數據庫，執行相應的停用或啟用指令，2臺CIU之間的完全切換需要20 s，故一般30 s以后才可以再次切換回來，需注意，CIU888的冗余切換完全依賴于DCS的通訊檢查機制，一旦DCS檢測到RS485通訊中斷，DCS會發出數據中斷報警，這時再通過DCS的Modbus寫命令執行切換指令，關閉在運行的1臺CIU，同時啟動另1臺。

2.6 冗余切換功能測試

以上配置完成后，可以通過模擬1臺CIU888設備故障（拔掉RS485線）或拔掉電源，以觀察是否會切換。

3 結束語

現代儲運自動化管理系統，將各類現場儀表設備與企業管理系統高度集成在一起，對各類液體產品以最有效的方式進行工藝操作，每時每刻為企業提供實時的計量數據，既保證了生產運營安全有序地進行，又最大限度地降低了運行成本。伺服式液位計作為一款主要的罐區液位測量儀表，其自身的可靠性和準確度已得到用戶廣泛的認可，但其自帶的通訊單元CIU是回路中一個較薄弱的環節。實際經驗表明，CIU故障時有發生，特別是在南方多雷地區，加之罐區所在位置較空曠，更易遭受雷擊[4]，CIU若不冗余，故障后將導致罐區多臺液位指示丟失，不僅影響公司生產日報的發布，嚴重時還會導致與輸送物料相關的裝置降量甚至停工，故伺服液位計的CIU冗余配置具有重要現實意義。

參考文獻

[1] 任玉超.基于DCS的石油化工儀表控制系統設計[J].化工設計通訊，2022，48（1）：33-36.

[2] 王宗亞.液態烴的無動力輸送[J].石油化工設計，1997（3）：43-45.

[3] 張華莎.石油化工罐區自動控制系統和生產管理系統[J].石油化工自動化，2016，52（1）：7-14.

[4] 李萬銀.石油化工液化烴球罐消防水系統設計淺談[J].山東化工，2023，52（3）：193-196.