中石油西北銷(xiāo)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)機電工程專(zhuān)業(yè)，從事多年信息技術(shù)、軟件工程、自動(dòng)化等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)與應用工作，具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗，現擔任中國石油西北銷(xiāo)售蘭州分公司經(jīng)理助理兼西固油庫主任。

    摘要：本文詳細闡述了中石油西北銷(xiāo)售公司西固油庫在罐區自動(dòng)化升級改造項目中，采用霍尼韋爾公司OneWireless無(wú)線(xiàn)解決方案的網(wǎng)絡(luò )架構、一個(gè)無(wú)線(xiàn)平臺支持多種無(wú)線(xiàn)應用的特點(diǎn)，以及同Experion控制系統的內嵌式的數據集成, 支持在控制上的應用。

    關(guān)鍵詞：中石油西固油庫；無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )；OneWireless；多功能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構；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(wú)線(xiàn)解決方案

    霍尼韋爾公司的工業(yè)無(wú)線(xiàn)解決方案， 是由多功能節點(diǎn)（Multinode）構建一個(gè)通訊速度非?？斓臒o(wú)線(xiàn)Mesh主干網(wǎng)絡(luò )，現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)變送器可以自動(dòng)選擇與任何一個(gè)多功能節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊。

    最多可以有40個(gè)多功能節點(diǎn)構建一個(gè)無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)多功能節點(diǎn)都可以帶80臺無(wú)線(xiàn)變送器（大于1秒刷新時(shí)）或20臺無(wú)線(xiàn)變送器（1秒刷新時(shí)）。無(wú)線(xiàn)變送器電池供電壽命4.5年（1秒刷新常溫時(shí)）或10年（大于1秒刷新）。

    每個(gè)多功能節點(diǎn)都可以同時(shí)作為網(wǎng)關(guān)有線(xiàn)接入控制系統，采用標準通訊協(xié)議 Mobus TCP/IP，OPC，Modbus RTU等。如果同霍尼韋爾的Experion PKS DCS控制系統進(jìn)行數據集成，那么完全內嵌式集成，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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)變送器進(jìn)行組態(tài)、診斷、管理和維護。

    整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )自組織、自愈合、冗余網(wǎng)關(guān)的設計、沒(méi)有單點(diǎn)故障，同時(shí)采用了2.4GHz ISM頻段DSSS跳頻通訊，確保無(wú)線(xiàn)通訊能夠達到工業(yè)等級的可靠性和安全。

    同一個(gè)無(wú)線(xiàn)架構支持多種無(wú)線(xiàn)應用，同時(shí)支持同無(wú)線(xiàn)變送器的無(wú)線(xiàn)通訊、支持無(wú)線(xiàn)視頻監視、移動(dòng)工作站、無(wú)線(xiàn)巡檢、腐蝕監測、振動(dòng)、無(wú)線(xiàn)可燃氣體監測等。

    2 西固油庫的工業(yè)無(wú)線(xiàn)應用的項目概況

    中石油西北銷(xiāo)售公司西固油庫改造項目中，需要在罐區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(shí)，能夠實(shí)時(shí)獲取控制系統的數據和實(shí)時(shí)錄入裝車(chē)數據和信息；需要實(shí)時(shí)獲取北灘油庫數據，實(shí)現數據共享。

    霍尼韋爾為該項目提供無(wú)線(xiàn)設備包括：5臺多功能節點(diǎn)；20臺無(wú)線(xiàn)壓力變送器；4臺移動(dòng)工作站 / RESS Server；無(wú)線(xiàn)管理平臺。
    
                   

    霍尼韋爾還為該項目提供PKS控制系統，實(shí)現庫存管理系統、油品移動(dòng)系統、公路自動(dòng)付油系統、鐵路定量裝車(chē)系統、訂單管理系統、在線(xiàn)設備管理系統、CCTV監控系統、無(wú)線(xiàn)通信及廣播系統、門(mén)禁系統和績(jì)效管理系統。

    通過(guò)5個(gè)多功能節點(diǎn)構建的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構同時(shí)支持3個(gè)無(wú)線(xiàn)應用：

    （1）支持4個(gè)移動(dòng)工作站，實(shí)現現場(chǎng)移動(dòng)作業(yè)，實(shí)時(shí)瀏覽PKS控制系統畫(huà)面、組態(tài)、報表、報警等，以及輸入鐵路裝卸站臺的過(guò)程數據；

    （2）支持同20臺無(wú)線(xiàn)壓力變送器的通訊和過(guò)程數據監測；

    （3）無(wú)線(xiàn)溝通北灘油庫計量系統和西固油庫PKS控制系統之間的通訊。

    3 西固油庫的工業(yè)無(wú)線(xiàn)應用的技術(shù)方案

    在油庫現場(chǎng)布置5臺多功能節點(diǎn)，構建快速通訊的mesh主干無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，自組織、自愈合，支持現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)變送器的無(wú)線(xiàn)通訊、移動(dòng)工作站、和PLC的無(wú)線(xiàn)互聯(lián)：M1作為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)置于中控室樓頂，作為網(wǎng)關(guān)有線(xiàn)接入到PKS SCADA系統，把無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的數據采用標準的通訊協(xié)議Modbus TCP同Experion PKS控制系統進(jìn)行數據集成。M2、M3置于鐵路棧橋上。M4放在綜合泵房附近。M5作為北灘油庫計量系統的無(wú)線(xiàn)轉接。

    3.1 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )支持無(wú)線(xiàn)變送器

    在綜合泵房附近輸油管道、主控室北側輸油管線(xiàn)、鐵路棧橋附近的測點(diǎn)安裝無(wú)線(xiàn)壓力變送器。無(wú)線(xiàn)變送器可以自動(dòng)選擇同多功能節點(diǎn)M2、M3、M4或M1進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊；多功能節點(diǎn)之間無(wú)線(xiàn)通訊構建mesh無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)。位于控制室的多功能節點(diǎn)做為網(wǎng)關(guān)，把所有數據傳輸至PKS 控制系統，進(jìn)行數據集成。多功能節點(diǎn)構建的無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )支持無(wú)線(xiàn)變送器冗余、多路徑、跳頻通訊。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通過(guò)多功能節點(diǎn)把數據集成到控制系統中，采用標準的通訊協(xié)議Modbus TCP。
   
                     
 
    無(wú)線(xiàn)變送器的通訊采用2.4GHz公用波段跳頻（ISM），自組織、自愈合；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的規模靈活，安裝方便；無(wú)線(xiàn)設備有國家無(wú)委會(huì )核準。無(wú)線(xiàn)變送器的刷新速度可以設定為最快1秒；無(wú)線(xiàn)溫度變送器可以選型隔爆；無(wú)線(xiàn)變送器的電池壽命可預測，常溫下，1秒刷新時(shí)為4.5年。

    3.2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )支持移動(dòng)工作站

    移動(dòng)工作站高效移動(dòng)解決方案，支持在現場(chǎng)移動(dòng)作業(yè)。經(jīng)認證可以用于危險環(huán)境的耐用型移動(dòng)工作站，支持工作人員在鐵路裝卸碼頭現場(chǎng)通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式訪(fǎng)問(wèn)Experion PKS SCADA控制系統的關(guān)鍵過(guò)程參數、歷史數據、圖形、過(guò)程畫(huà)面、維護信息和其它重要數據，也可以直接輸入過(guò)程參數。通過(guò)移動(dòng)工作站，運行人員可以在現場(chǎng)實(shí)時(shí)了解其現場(chǎng)操作對生產(chǎn)過(guò)程的影響。

    鐵路裝卸平臺的移動(dòng)工作站同安裝在SCADA控制室附近多功能節點(diǎn)M2或M3直接無(wú)線(xiàn)通訊，實(shí)時(shí)瀏覽SCADA里的所有信息及數據通訊。M1有線(xiàn)接入SCADA控制系統，通訊協(xié)議為標準的Modbus TCP。安裝在移動(dòng)工作站上的客戶(hù)終端（Terminal Client）通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )及網(wǎng)關(guān)M1無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)遠程客戶(hù)端服務(wù)器（RESS Server），從而實(shí)現實(shí)時(shí)瀏覽控制系統的過(guò)程信息，并可設置權限，對Experion 動(dòng)態(tài)畫(huà)面的數據可以讀寫(xiě)。

    3.3 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )支持無(wú)線(xiàn)互聯(lián)
    西固油庫采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)連通北灘油庫就地PLC和西固控制系統，支持西固油庫控制中心實(shí)時(shí)獲取北灘油庫運行數據，無(wú)需使用電話(huà)或對講機等不方便、不實(shí)時(shí)的溝通方式。北灘油庫計量系統現場(chǎng)附近安裝一個(gè)多功能節點(diǎn)M5，有線(xiàn)接入北灘油庫計量系統（TCP通訊或Modbus RS485通訊，本項目采用Modbus TCP）；M5可以同西固油庫現場(chǎng)的多功能節點(diǎn)M2直接無(wú)線(xiàn)通訊，通過(guò)無(wú)線(xiàn)骨干網(wǎng)絡(luò )傳至無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，實(shí)現同西固油庫控制系統的數據集成，從而把北灘油庫計量系統的數據以無(wú)線(xiàn)的方式采集上來(lái)。

    3.4 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )同PKS控制系統的完全一體化集成

    無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的網(wǎng)關(guān)都可以同Experion PKS控制系統（R311.2版本及以上）實(shí)現CDA 直接一體化通訊，完全一體化集成。用戶(hù)可以通過(guò)Experion Configuration Studio中一體化內嵌工具，方便的增減無(wú)線(xiàn)I/O點(diǎn)、建立控制策略，組態(tài)、監視無(wú)線(xiàn)設備；實(shí)現無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的安全管理；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的通訊診斷、維護等。無(wú)線(xiàn)變送器的I/O點(diǎn)及測量參數、狀態(tài)參數都在Experion HMIWeb Display Builder中顯示為 native Experion points，而無(wú)需組建SCADA點(diǎn)或OPC參數。在Experion System Status中也可以監視無(wú)線(xiàn)設備、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)、及移動(dòng)工作站的狀態(tài)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的數據完全集成在Experion數據庫中。

    3.5 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的管理平臺

    無(wú)線(xiàn)管理平臺實(shí)現功能：

    （1）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的通訊診斷：用來(lái)管理和診斷無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中設備的無(wú)線(xiàn)電通訊狀況；圖形功能界面支持以圖形方式來(lái)監視無(wú)線(xiàn)電通訊的狀態(tài)和無(wú)線(xiàn)通訊拓撲結構；

    （2）支持對無(wú)線(xiàn)變送器的遠程在線(xiàn)組態(tài)或維護；

    （3）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的統一安全管理。這些功能完全內嵌和集成在Experion控制系統Configuration Studio和Control Builder中：用戶(hù)可以通過(guò)Configuration Studio中一體化內嵌工具，方便的增減無(wú)線(xiàn)I/O點(diǎn)、建立控制策略，組態(tài)、監視無(wú)線(xiàn)設備；實(shí)現無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的安全管理；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的通訊診斷、維護等。無(wú)線(xiàn)變送器的I/O點(diǎn)及測量參數、狀態(tài)參數都在Experion HMIWeb Display Builder中顯示為 native Experion points，而無(wú)需組建SCADA點(diǎn)或OPC參數。在Experion System Status中也可以監視無(wú)線(xiàn)設備、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)、及移動(dòng)工作站的狀態(tài)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的數據完全集成在Experion數據庫中。

    4 結語(yǔ)

    西固油庫改造項目中，輸油管線(xiàn)的壓力測點(diǎn)和控制中心之間被鐵路分隔、現有橋架和電纜溝已經(jīng)接近滿(mǎn)負荷；需要支持員工在鐵路棧橋移動(dòng)作業(yè)；需要實(shí)時(shí)了解北灘油庫的實(shí)時(shí)數據，這都是有線(xiàn)技術(shù)方案所很難實(shí)現的。
采用霍尼韋爾無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案，在改造工程中不需要考慮布線(xiàn)和敷設電纜問(wèn)題，無(wú)需安裝橋架和電纜保護管，能夠明顯減少改造工作量，降低安裝成本、減少安裝調試時(shí)間、減少后期維護工作量、支持現場(chǎng)移動(dòng)作業(yè)，無(wú)需從現場(chǎng)往返控制室，即可獲取控制系統實(shí)時(shí)數據和信息。

    不僅如此，控制室和現場(chǎng)布置也更為簡(jiǎn)潔：無(wú)接線(xiàn)盒、安全柵、I/O卡件；降低DCS負荷; 減少維護工作量和減少故障點(diǎn)。而且無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )擴展非常方便，未來(lái)增加測點(diǎn)時(shí)，直接安裝無(wú)線(xiàn)變送器即可;更換容易、即插即用、靈活。

   一個(gè)無(wú)線(xiàn)架構同時(shí)支持無(wú)線(xiàn)變送器、移動(dòng)工作站、和遠程控制系統的無(wú)線(xiàn)互聯(lián)，能夠給西固油庫用戶(hù)帶來(lái)成本優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢。無(wú)線(xiàn)系統同控制系統的完全一體化集成，以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的管理功能完全內置于控制系統，都給用戶(hù)帶來(lái)極大的便利，可以幫助用戶(hù)更高效的實(shí)現罐區改造、以及未來(lái)更高效的實(shí)現罐區的高自動(dòng)化水平、高技術(shù)水平運行。

     摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第六期