基金会现场总线FF技术在罐区管理控制系统中的应用

算机之间通过现场总线连成一体，系统结构简单，可扩展性强，具有设备远程调试和自诊断能力，同时，可以集成各种流行的工业自动化设备和监控组态软件，是真正开放的网络化控制系统。
　从上个世纪七八十年代开始，普遍采用安全栅使控制系统满足防爆要求，这种方法一直沿用至今。但使用安全栅，无形中使控制系统的结构变的复杂且增加了施工的难度。从上个世纪九十年代中期开始，世界上各大防爆专业厂商纷纷研制将安全栅与控制器的I/O模块集成在一起的产品，从而简化系统的结构。一些具备防爆功能的远程I/O产品相继问世。为了与尽量多的控制系统相匹配，这些厂家制造的产品都采用了流行的现场总线作为与控制器通讯的介质。并且为了能在危险区中发挥远程I/O的优势，新型的远程I/O产品通过采取一系列的防爆措施使得其自身可以直接安装在危险区中。随着IT技术、网络技术的快速发展，对控制系统的要求越来越高，从单纯的精确控制向安全控制和监控管理转变。因此，基于串行通信技术的现场总线系统，由于兼具了分散控制和数据传输的功能，从而在控制领域得到了广泛的应用。
　　NCS3000网络化控制系统由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护；用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点，现场总线技术正越来越受到人们的重视。中国科学院沈阳自动化研究所推出的NCS3000网络化控制系统具有全数字化、智能化、网络化和开放的特点，以现场总线技术为核心，OPC技术为纽带，将现场总线仪表、模拟仪表、分布式智能I/O、DCS和PLC等工业自动化设备有机地集成在一起，自动化程度和控制精度都较高，已经成功应用于罐区管理行业，为企业综合自动化系统提供了一套完整的解决方案，取得良好效果。　图1所示为一种典型的远程I/O产品。

　　从图1可以看出，该远程I/O系统由母板、电源模块、支持不同总线协议的网关模块、各种处理开关量输入和输出、模拟量输入和输出以及温度输入信号的I/O模块所组成。系统的工作原理为：现场的各类仪表通过电线电缆与远程I/O的I/O接口点对点地连接，信号进入系统后即被I/O模块转换为数字信号，再经过系统内部总线（位于母板内部）传送到网关，然后由网关经母板上的总线接口将信号传送到上一层的现场总线上去，最后经总线到达控制系统（DCS/PLC）。而由控制系统发出的信号则经过相反的路径进行传输。整个远程I/O的供电由系统母板上连接的电源模块提供，电源模块的电源由外部的24V直流电经增安型的接线端子供给。
　　该远程I/O具有如下的几个突出的特点：（1）可以直接应用于危险1区，从而可节省大量的线缆；（2）通过现场总线进行通信，系统易于扩展。而且电源、网关、内部/外部总线均为冗余，确保了系统的高度安全；（3）所有模块均可在线插拔，极大地方便了系统的施工及维护；（4）无需安全栅和DCS/PLC的I/O模块并可省去大量的电缆及附件，使系统的初期投资大大降低；（5）强大的诊断与自诊断功能，高效的数字化通讯，大大地提升了系统的先进性；（6）可连接传统的现场设备且无需改变传统的安装连接方式以及支持HART协议的传输等等特点，为对现有系统的改造和扩展铺平了道路。
　　从上面的特点可以看出，应用该远程I/O构成系统时，既发挥了现场总线的诸多优点，又克服了现场总线在危险区应用时所面临的问题。
随着我国经济的不断发展，各行各业对于石油制品的需求量也在大幅度地增长。因此，为了快速提高炼油能力，更好地满足这些要求，我国近些年来在各地建立起了为数众多的炼油企业，原有的炼油企业也在不断提高其自身的炼油能力。为了生产的高效与安全，炼油企业对各炼油装置以及罐区等公用工程的自动化管理水平提出了更高的要求。但是，对于国内各大炼油厂的调查显示，各罐区的自动化管理水平普遍很低，而且长期以来普遍存在着重视炼油装置控制自动化水平的不断提高而轻视对罐区监控系统自动化水平提高的情况，　油罐的“冒顶”及爆炸的事故率明显高于各装置的事故率。近年来，特别是近一、二年以来各装置的“DCS”化改造已基本完成的情况下，对于提高各罐区监控系统的自动化水平的呼声和要求也越来越高。为此，国内主要从事炼油生产的“中石化”和“中石油”两大公司准备拿出大量的专项资金来对各炼油厂的罐区监控系统进行改造和升级。而采用DCS作为罐区监控系统存在上面提到的诸多的问题，国外应用现场总线来解决这些问题时又遇到了诸多的困难。因此，如何设计出一套适合于罐区的、先进的、高效的、功能齐全的、经济性好的监控系统是目前国内外工程技术人员们急需解决的一个问题。
　　该问题的圆满解决必将对于提高罐区的自动化管理水平进而提高整个工厂的管理水平，降低工人的劳动强度，改善工人的工作条件，避免事故的发生，减少系统改造的初期投资及今后的运行费用等等方面具有十分重要的意义。
　　新型罐区监控系统具有如下的优势：
　　1、分层控制及多重冗余技术的应用，系统更加高效、安全。
　　2、系统软硬件均采用当今先进的主流产品，用户无今后改造升级及二次开发的后顾之忧。
　　3、人机界面友好，操作简单而直观。
　　4、现场总线技术、远程I/O技术、安全栅技术的完美应用，使系统今后的扩展十分方便。
　　5、I/O接口单元可直接放置在危险1区，从而节省大量线缆及端子、槽盒、桥架等相关的材料。
　　6、大量硬件材料的节省，使施工变得非常简单，从而节省大量的人工费用。
　　7、接线点数的减少，势必使故障点数大为减少，从而使系统的维护费用显著减少。
　　8、多种诊断与自诊断功能，使系统的故障诊断及定位十分快捷。
　　9、I/O层及现场层支持“在线插拔”，系统检修及更换缺损部件时无需停机，极大地提高了系统连续运转的能力。
　　10、多级安全管理措施，详细的操作记录功能，使系统的管理工作更加科学、有效。