基金會現(xiàn)場總線FF技術(shù)在罐區(qū)管理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
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由于我國具體的國情，長期以來對罐區(qū)的管理主要是靠人工進(jìn)行，并沒有形成真正意義上的“監(jiān)控系統(tǒng)”。以油罐為例，最初只是靠有經(jīng)驗(yàn)的工人利用油尺通過對各油罐的液位高度進(jìn)行測量（即通常所講的“人工檢尺”）的方法來對油罐進(jìn)行監(jiān)視。該方法原始而又繁瑣，人為因素影響大，精度低，而且危險區(qū)中的有毒有害氣體對操作工的身體造成很大的危害，操作工在油罐上爬上爬下很不安全。為了提高對儲罐參數(shù)測量的精度以及保護(hù)工人的身體健康，減輕工人的勞動強(qiáng)度，到了90年代初，各油罐上基本都裝備了能夠?qū)σ何贿M(jìn)行自動測量的儀表。該儀表一般由一次儀表和二次儀表兩部分組成。位于現(xiàn)場的一次儀表采集各油罐的液位參數(shù)并通過統(tǒng)一的模擬信號如4-20mA的直流電流信號或某種專用的通訊協(xié)議送往集中控制室的二次儀表。此時操作人員就可以坐在控制室里通過二次儀表縱觀各油罐的狀況了。但通過這些二次儀表僅僅能夠?qū)迏?shù)進(jìn)行“監(jiān)視”而無法實(shí)施控制，因此具體的控制工作仍需人工進(jìn)行。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，罐區(qū)的規(guī)模也越來越大，油品的種類也不斷增加。管理人員按照由生產(chǎn)部門所制訂的生產(chǎn)計劃和常年積累下來的經(jīng)驗(yàn)對罐區(qū)進(jìn)行監(jiān)視與控制的管理方式越來越顯示出其在實(shí)時性、準(zhǔn)確性、合理性方面的不足。同時，由于煉油裝置的自動化水平的不斷提高對罐區(qū)的管理也提出了更高的要求，因此管理人員的責(zé)任和壓力也不斷增加，這對生產(chǎn)的安全是很不利的。
隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，可靠性的不斷提高，以及價格的大幅度降低，計算機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用越來越普及?？删幊炭刂破鳎≒LC）以及由多個計算機(jī)遞階構(gòu)成的集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）被廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)。由于DCS在煉油廠各裝置中的廣泛應(yīng)用，廣大工程技術(shù)人員具備了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此在構(gòu)造罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的時候紛紛參照各裝置中DCS的做法。在硬件結(jié)構(gòu)方面，類似于煉油裝置，罐區(qū)現(xiàn)場的儀表將溫度、液位等參數(shù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的模擬信號然后點(diǎn)對點(diǎn)地送往控制室的操作控制部分。但是，由于罐區(qū)有別于一般煉油裝置的突出特點(diǎn)是地理分布很廣泛，控制分散，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用與煉油裝置相同的點(diǎn)對點(diǎn)連接方式時，就需要用到比一般裝置多很多的電纜和接線端子及橋架等附件，系統(tǒng)施工時要耗費(fèi)大量的人力，且很難保證連接的可靠性。為數(shù)眾多的連接點(diǎn)及故障診斷的困難，也給日后系統(tǒng)的檢修及維護(hù)帶來了很大的不便。并且信號長距離的傳輸使信號的精度大大降低。
當(dāng)今國際上現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟，并在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的影響和優(yōu)勢。現(xiàn)場總線是用于過程控制現(xiàn)場儀表與控制室之間的一個標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、雙向的多站數(shù)字通信系統(tǒng)，儀表與控制系統(tǒng)間通過總線采用一對多的方式實(shí)現(xiàn)雙向的、全數(shù)字信號通訊，減少大量布線，易于系統(tǒng)安裝和維護(hù)，同時，將控制任務(wù)下放至本地儀表，危險徹底分散，加強(qiáng)系統(tǒng)的自主能力，可對現(xiàn)場變化實(shí)時作出響應(yīng)。在我國，現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展才剛剛起步，特別是在罐區(qū)管理方面很少有應(yīng)用，如何結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)本身的特點(diǎn)及我國國情，將其應(yīng)用于各行業(yè)，推動我國自動化領(lǐng)域現(xiàn)代化進(jìn)程，是廣大科技人員面臨的主要問題。石油化工業(yè)生產(chǎn)過程復(fù)雜多變，并且生產(chǎn)環(huán)境帶有潛在爆炸危險，在這一領(lǐng)域中對基于現(xiàn)場總線的新型控制系統(tǒng)提出了如下四個最基本的要求：
1）、要有完備的防爆保護(hù)措施，以保證在爆炸危險環(huán)境中生產(chǎn)過程的絕對安全。
2）、要有很高的可靠性，以保證數(shù)據(jù)在任何狀況下的可靠傳輸。也就是
要做到“線路冗余”。
3）、對應(yīng)“連續(xù)過程”這一特點(diǎn)，控制系統(tǒng)要有處理模擬數(shù)據(jù)的能力。
并且還要滿足“在線參數(shù)化”的要求。
4）、所有現(xiàn)場設(shè)備可以在線插拔，而不影響系統(tǒng)的正常工作。
NCS3000網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是我國自主開發(fā)的基于FF現(xiàn)場總線技術(shù)的完整自動化控制系統(tǒng)，具有全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和開放的特點(diǎn)。NCS3000采用數(shù)字化信號，F(xiàn)FHSE高速總線和FFH1總線相互補(bǔ)充，構(gòu)成企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺，現(xiàn)場總儀表、智能I/O與計算機(jī)之間通過現(xiàn)場總線連成一體，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可擴(kuò)展性強(qiáng)，具有設(shè)備遠(yuǎn)程調(diào)試和自診斷能力，同時，可以集成各種流行的工業(yè)自動化設(shè)備和監(jiān)控組態(tài)軟件，是真正開放的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。
從上個世紀(jì)七八十年代開始，普遍采用安全柵使控制系統(tǒng)滿足防爆要求，這種方法一直沿用至今。但使用安全柵，無形中使控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變的復(fù)雜且增加了施工的難度。從上個世紀(jì)九十年代中期開始，世界上各大防爆專業(yè)廠商紛紛研制將安全柵與控制器的I/O模塊集成在一起的產(chǎn)品，從而簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。一些具備防爆功能的遠(yuǎn)程I/O產(chǎn)品相繼問世。為了與盡量多的控制系統(tǒng)相匹配，這些廠家制造的產(chǎn)品都采用了流行的現(xiàn)場總線作為與控制器通訊的介質(zhì)。并且為了能在危險區(qū)中發(fā)揮遠(yuǎn)程I/O的優(yōu)勢，新型的遠(yuǎn)程I/O產(chǎn)品通過采取一系列的防爆措施使得其自身可以直接安裝在危險區(qū)中。隨著IT技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，對控制系統(tǒng)的要求越來越高，從單純的精確控制向安全控制和監(jiān)控管理轉(zhuǎn)變。因此，基于串行通信技術(shù)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，由于兼具了分散控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，從而在控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
NCS3000網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)由于采用現(xiàn)場總線將使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)安裝費(fèi)用減少并且易于維護(hù)；用戶可以自由選擇不同廠商、不同品牌的現(xiàn)場設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成等一系列的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場總線技術(shù)正越來越受到人們的重視。中國科學(xué)院沈陽自動化研究所推出的NCS3000網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)具有全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和開放的特點(diǎn)，以現(xiàn)場總線技術(shù)為核心，OPC技術(shù)為紐帶，將現(xiàn)場總線儀表、模擬儀表、分布式智能I/O、DCS和PLC等工業(yè)自動化設(shè)備有機(jī)地集成在一起，自動化程度和控制精度都較高，已經(jīng)成功應(yīng)用于罐區(qū)管理行業(yè)，為企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)提供了一套完整的解決方案，取得良好效果。 圖1所示為一種典型的遠(yuǎn)程I/O產(chǎn)品。
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