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                     中石油西北銷售公司西固油庫（蘭州） 胡正鈞

    霍尼韋爾（中國）有限公司 江天生

    胡正鈞 男，2000年畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)機(jī)電工程專業(yè)，從事多年信息技術(shù)、軟件工程、自動化等領(lǐng)域的開發(fā)與應(yīng)用工作，具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)擔(dān)任中國石油西北銷售蘭州分公司經(jīng)理助理兼西固油庫主任。

    摘要：本文詳細(xì)闡述了中石油西北銷售公司西固油庫在罐區(qū)自動化升級改造項(xiàng)目中，采用霍尼韋爾公司OneWireless無線解決方案的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、一個無線平臺支持多種無線應(yīng)用的特點(diǎn)，以及同Experion控制系統(tǒng)的內(nèi)嵌式的數(shù)據(jù)集成, 支持在控制上的應(yīng)用。

    關(guān)鍵詞：中石油西固油庫；無線主干網(wǎng)絡(luò)；OneWireless；多功能無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；解決方案；ISA100；Wireless HART

    Abstract: This paper mainly focuses on the introducing of the industrial wireless application of Honeywell’s OneWireless solution in PetroChina XiGu Tank Farm, which is a single multifunctional wireless network structure supporting seamless integration with Experion DCS system through native communication (CDA), and supporting industrial wireless application in control.

    Key words: PetroChina XiGu Tank Farm; Mesh Wireless Network; OneWireless; Multifunctional Wireless Network; Wireless Solution;ISA100; Wireless HART

    1 霍尼韋爾公司的工業(yè)無線解決方案

    霍尼韋爾公司的工業(yè)無線解決方案， 是由多功能節(jié)點(diǎn)（Multinode）構(gòu)建一個通訊速度非?？斓臒o線Mesh主干網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場無線變送器可以自動選擇與任何一個多功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通訊。

    最多可以有40個多功能節(jié)點(diǎn)構(gòu)建一個無線主干網(wǎng)絡(luò)，每個多功能節(jié)點(diǎn)都可以帶80臺無線變送器（大于1秒刷新時）或20臺無線變送器（1秒刷新時）。無線變送器電池供電壽命4.5年（1秒刷新常溫時）或10年（大于1秒刷新）。

    每個多功能節(jié)點(diǎn)都可以同時作為網(wǎng)關(guān)有線接入控制系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議 Mobus TCP/IP，OPC，Modbus RTU等。如果同霍尼韋爾的Experion PKS DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，那么完全內(nèi)嵌式集成，支持CDA方式同C300控制器和服務(wù)器點(diǎn)對點(diǎn)通訊，支持同DCS的組態(tài)工具和診斷工具直接對無線網(wǎng)絡(luò)和無線變送器進(jìn)行組態(tài)、診斷、管理和維護(hù)。

    整個無線網(wǎng)絡(luò)自組織、自愈合、冗余網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)、沒有單點(diǎn)故障，同時采用了2.4GHz ISM頻段DSSS跳頻通訊，確保無線通訊能夠達(dá)到工業(yè)等級的可靠性和安全。

    同一個無線架構(gòu)支持多種無線應(yīng)用，同時支持同無線變送器的無線通訊、支持無線視頻監(jiān)視、移動工作站、無線巡檢、腐蝕監(jiān)測、振動、無線可燃?xì)怏w監(jiān)測等。

    2 西固油庫的工業(yè)無線應(yīng)用的項(xiàng)目概況

    中石油西北銷售公司西固油庫改造項(xiàng)目中，需要在罐區(qū)增加輸油管路壓力測點(diǎn)；需要支持員工在鐵路棧橋作業(yè)時，能夠?qū)崟r獲取控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和實(shí)時錄入裝車數(shù)據(jù)和信息；需要實(shí)時獲取北灘油庫數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

    霍尼韋爾為該項(xiàng)目提供無線設(shè)備包括：5臺多功能節(jié)點(diǎn)；20臺無線壓力變送器；4臺移動工作站 / RESS Server；無線管理平臺。
    
                   

    霍尼韋爾還為該項(xiàng)目提供PKS控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)庫存管理系統(tǒng)、油品移動系統(tǒng)、公路自動付油系統(tǒng)、鐵路定量裝車系統(tǒng)、訂單管理系統(tǒng)、在線設(shè)備管理系統(tǒng)、CCTV監(jiān)控系統(tǒng)、無線通信及廣播系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和績效管理系統(tǒng)。

    通過5個多功能節(jié)點(diǎn)構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)同時支持3個無線應(yīng)用：

    （1）支持4個移動工作站，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場移動作業(yè)，實(shí)時瀏覽PKS控制系統(tǒng)畫面、組態(tài)、報(bào)表、報(bào)警等，以及輸入鐵路裝卸站臺的過程數(shù)據(jù)；

    （2）支持同20臺無線壓力變送器的通訊和過程數(shù)據(jù)監(jiān)測；

    （3）無線溝通北灘油庫計(jì)量系統(tǒng)和西固油庫PKS控制系統(tǒng)之間的通訊。

    3 西固油庫的工業(yè)無線應(yīng)用的技術(shù)方案

    在油庫現(xiàn)場布置5臺多功能節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建快速通訊的mesh主干無線網(wǎng)絡(luò)，自組織、自愈合，支持現(xiàn)場無線變送器的無線通訊、移動工作站、和PLC的無線互聯(lián)：M1作為無線網(wǎng)關(guān)置于中控室樓頂，作為網(wǎng)關(guān)有線接入到PKS SCADA系統(tǒng)，把無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議Modbus TCP同Experion PKS控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。M2、M3置于鐵路棧橋上。M4放在綜合泵房附近。M5作為北灘油庫計(jì)量系統(tǒng)的無線轉(zhuǎn)接。

    3.1 無線網(wǎng)絡(luò)支持無線變送器

    在綜合泵房附近輸油管道、主控室北側(cè)輸油管線、鐵路棧橋附近的測點(diǎn)安裝無線壓力變送器。無線變送器可以自動選擇同多功能節(jié)點(diǎn)M2、M3、M4或M1進(jìn)行無線通訊；多功能節(jié)點(diǎn)之間無線通訊構(gòu)建mesh無線主干網(wǎng)。位于控制室的多功能節(jié)點(diǎn)做為網(wǎng)關(guān)，把所有數(shù)據(jù)傳輸至PKS 控制系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。多功能節(jié)點(diǎn)構(gòu)建的無線主干網(wǎng)絡(luò)支持無線變送器冗余、多路徑、跳頻通訊。無線網(wǎng)絡(luò)通過多功能節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)集成到控制系統(tǒng)中，采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議Modbus TCP。
   
                     
 
    無線變送器的通訊采用2.4GHz公用波段跳頻（ISM），自組織、自愈合；無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模靈活，安裝方便；無線設(shè)備有國家無委會核準(zhǔn)。無線變送器的刷新速度可以設(shè)定為最快1秒；無線溫度變送器可以選型隔爆；無線變送器的電池壽命可預(yù)測，常溫下，1秒刷新時為4.5年。

    3.2 無線網(wǎng)絡(luò)支持移動工作站

    移動工作站高效移動解決方案，支持在現(xiàn)場移動作業(yè)。經(jīng)認(rèn)證可以用于危險(xiǎn)環(huán)境的耐用型移動工作站，支持工作人員在鐵路裝卸碼頭現(xiàn)場通過無線的方式訪問Experion PKS SCADA控制系統(tǒng)的關(guān)鍵過程參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)、圖形、過程畫面、維護(hù)信息和其它重要數(shù)據(jù)，也可以直接輸入過程參數(shù)。通過移動工作站，運(yùn)行人員可以在現(xiàn)場實(shí)時了解其現(xiàn)場操作對生產(chǎn)過程的影響。

    鐵路裝卸平臺的移動工作站同安裝在SCADA控制室附近多功能節(jié)點(diǎn)M2或M3直接無線通訊，實(shí)時瀏覽SCADA里的所有信息及數(shù)據(jù)通訊。M1有線接入SCADA控制系統(tǒng)，通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)的Modbus TCP。安裝在移動工作站上的客戶終端（Terminal Client）通過無線網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)關(guān)M1無線訪問遠(yuǎn)程客戶端服務(wù)器（RESS Server），從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時瀏覽控制系統(tǒng)的過程信息，并可設(shè)置權(quán)限，對Experion 動態(tài)畫面的數(shù)據(jù)可以讀寫。

    3.3 無線網(wǎng)絡(luò)支持無線互聯(lián)
    西固油庫采用無線網(wǎng)絡(luò)無線連通北灘油庫就地PLC和西固控制系統(tǒng)，支持西固油庫控制中心實(shí)時獲取北灘油庫運(yùn)行數(shù)據(jù)，無需使用電話或?qū)χv機(jī)等不方便、不實(shí)時的溝通方式。北灘油庫計(jì)量系統(tǒng)現(xiàn)場附近安裝一個多功能節(jié)點(diǎn)M5，有線接入北灘油庫計(jì)量系統(tǒng)（TCP通訊或Modbus RS485通訊，本項(xiàng)目采用Modbus TCP）；M5可以同西固油庫現(xiàn)場的多功能節(jié)點(diǎn)M2直接無線通訊，通過無線骨干網(wǎng)絡(luò)傳至無線網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)同西固油庫控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，從而把北灘油庫計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以無線的方式采集上來。

    3.4 無線網(wǎng)絡(luò)同PKS控制系統(tǒng)的完全一體化集成

    無線網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)都可以同Experion PKS控制系統(tǒng)（R311.2版本及以上）實(shí)現(xiàn)CDA 直接一體化通訊，完全一體化集成。用戶可以通過Experion Configuration Studio中一體化內(nèi)嵌工具，方便的增減無線I/O點(diǎn)、建立控制策略，組態(tài)、監(jiān)視無線設(shè)備；實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的安全管理；無線網(wǎng)絡(luò)的通訊診斷、維護(hù)等。無線變送器的I/O點(diǎn)及測量參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)都在Experion HMIWeb Display Builder中顯示為 native Experion points，而無需組建SCADA點(diǎn)或OPC參數(shù)。在Experion System Status中也可以監(jiān)視無線設(shè)備、無線網(wǎng)關(guān)、及移動工作站的狀態(tài)。無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)完全集成在Experion數(shù)據(jù)庫中。

    3.5 無線網(wǎng)絡(luò)的管理平臺

    無線管理平臺實(shí)現(xiàn)功能：

    （1）無線網(wǎng)絡(luò)的通訊診斷：用來管理和診斷無線網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的無線電通訊狀況；圖形功能界面支持以圖形方式來監(jiān)視無線電通訊的狀態(tài)和無線通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

    （2）支持對無線變送器的遠(yuǎn)程在線組態(tài)或維護(hù)；

    （3）無線網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一安全管理。這些功能完全內(nèi)嵌和集成在Experion控制系統(tǒng)Configuration Studio和Control Builder中：用戶可以通過Configuration Studio中一體化內(nèi)嵌工具，方便的增減無線I/O點(diǎn)、建立控制策略，組態(tài)、監(jiān)視無線設(shè)備；實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的安全管理；無線網(wǎng)絡(luò)的通訊診斷、維護(hù)等。無線變送器的I/O點(diǎn)及測量參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)都在Experion HMIWeb Display Builder中顯示為 native Experion points，而無需組建SCADA點(diǎn)或OPC參數(shù)。在Experion System Status中也可以監(jiān)視無線設(shè)備、無線網(wǎng)關(guān)、及移動工作站的狀態(tài)。無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)完全集成在Experion數(shù)據(jù)庫中。

    4 結(jié)語

    西固油庫改造項(xiàng)目中，輸油管線的壓力測點(diǎn)和控制中心之間被鐵路分隔、現(xiàn)有橋架和電纜溝已經(jīng)接近滿負(fù)荷；需要支持員工在鐵路棧橋移動作業(yè)；需要實(shí)時了解北灘油庫的實(shí)時數(shù)據(jù)，這都是有線技術(shù)方案所很難實(shí)現(xiàn)的。
采用霍尼韋爾無線技術(shù)方案，在改造工程中不需要考慮布線和敷設(shè)電纜問題，無需安裝橋架和電纜保護(hù)管，能夠明顯減少改造工作量，降低安裝成本、減少安裝調(diào)試時間、減少后期維護(hù)工作量、支持現(xiàn)場移動作業(yè)，無需從現(xiàn)場往返控制室，即可獲取控制系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)和信息。

    不僅如此，控制室和現(xiàn)場布置也更為簡潔：無接線盒、安全柵、I/O卡件；降低DCS負(fù)荷; 減少維護(hù)工作量和減少故障點(diǎn)。而且無線網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展非常方便，未來增加測點(diǎn)時，直接安裝無線變送器即可;更換容易、即插即用、靈活。

   一個無線架構(gòu)同時支持無線變送器、移動工作站、和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的無線互聯(lián)，能夠給西固油庫用戶帶來成本優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢。無線系統(tǒng)同控制系統(tǒng)的完全一體化集成，以及無線網(wǎng)絡(luò)的管理功能完全內(nèi)置于控制系統(tǒng)，都給用戶帶來極大的便利，可以幫助用戶更高效的實(shí)現(xiàn)罐區(qū)改造、以及未來更高效的實(shí)現(xiàn)罐區(qū)的高自動化水平、高技術(shù)水平運(yùn)行。

     摘自《自動化博覽》2010年第六期