基于现场总线的油库监控系统研发

3.2.1管控主站层
主站层全部采用SIEMENSPLC模块，CPU414–DP，通过CP443–5模块与网络通讯。主站PLC（可以是多个不能相互控制但可以相互传输数据的PLC）与上层PC相联构成主控中心，工程师站用于各个现场从站的组态和维护，操作员站完成对油罐各个部分的运行监视、数据采集和其它自动检测系统的调度功能。主站配备打印机用于报表打印、报警打印。整体采用C/S结构，系统服务器双机热备以增加系统可靠性，通过工业以太网与上层通讯接入整个企业办公管理系统。该层是整个油库监控系统的调度核心。
3.2.2库区PROFIBUS–DP主干网络层
库区主干层采用的是PROFIBUS，选用4芯光纤，冗余连接，所有分站通过．PROFIBUS接入主站，实现数据的采集、信息的交流，每个罐区的温度、液位、流量、管道压力、视频信号、电磁阀信号传输到主站。
3.2.3执行器、传感器层
AS–i即执行器—传感器接口，是一种用于在主控制器和传感器/执行器之间双向交换信息的总线网络，它属于现场总线的底层网络。通过网关它与PROFIBUS实现连接，网关作为上层总线的一个节点，下面可以挂接一批AS–i从站。AS–i总线主要用于具有开关量特征的传感器/执行器系统，传感器可以是各种远离接近开关以及温度、压力、流量、液位开关等。执行器可以是各种开关阀门，声、光报警器，也可以是其它电器。传感器/执行器挂接在AS–i总线上的方式分为两种，一种是带有AS–i通信接口的智能A/S，内部装有AS–i模块专用芯片，直接挂接到AS–i总线上；另一种是分布式的，由专门的AS–i接口模块和普通的A/S连接起来。AS–i电缆采用2芯扁平电缆，穿刺安装把线压在连接件上，简单可靠，它是由特殊的合成橡胶作为绝缘保护层，当它被从连接件上拔下，穿孔处自动闭合，因此可反复使用，它不仅传输报文，还通过网络给A/S等电路提供电源。
如图3所示，AS–i总线通过SIEMENSDP/AS–i链路模块与PROFIBUS-DP总线连接，这种耦合器是PROFIBUS-DP从控设备和AS-i的主控设备，可连接最多62个AS–i从站模块，这些从站模块的状态都被DP/AS–i链路模块的LED显示。DP/AS–i链路模块由AS–i扁平电缆供电，无需附加电源。图3中K45，K60模块是防护等级为IP65/67的现场安装AS–i接口紧凑型模块，有数字型、模拟型和气动型，通过A/S连接器与传感器/执行器相联。

带OLM光纤链路模块的PROFIBUS-DP光纤网络由于使用光信号传输，不会因为外部干扰场而受到损害，无接地问题，实现了电气隔离，对于罐区的安全大有裨益，而且重量轻，安装方便。OLM光纤链路模块具有工业双绞线（ITP）和FOC（光纤）接口，通过FOC接口，几个OLM可组成如图2的光纤环网。
3.3PLC的选型配置
为保证技术先进，操作简便，方便后续的扩建，设计采用西门子公司的S7-400系列PLC产品，它模块化结构、扩展功能强，结构坚固、可靠性高、功能全面、运行速度快，具有强大的通讯能力和集成的系统功能，应用方便，适用于油库油料流量、罐壁压力等的监控工程。油库数据采集和状态监视多、程序控制较多，使用S7-400作为主站，通过CP443-5通信模块与PROFIBUS网络通信，现场信号通过PROFIBUS传至主站。
S7-400可以带电插拔输入/输出模块，运行时即可更换模块，以保证系统连续不间断运行。S7—400主要性能指标如下：①程序运算速度，位和整数运算0.1/μs，浮点运算0.6/μs；②I/O功能，DI/DO：65536，AI/AO：4094；③用户内存，128kB用于程序，128kB用于数据，可扩展至15MB；④通用接口，多点接口MPI，PROFIBUS—DP：12Mbit/s。
3.4软件设置
PROFIBUS-DP总线共有7个站，其中S7-400作为Master主站，其余均为Slave从站，应用STEP7对各个站点进行地址分配，使系统组态，并且对可以设置的模块参数化，同时还要进行通信组态，确保参数匹配正确，使网络真正建立通信。

工控机监控软件WinCC是基于人机交互式监控系统，运行于Windows平台上，其强大的过程接口界面和高度的安全数据存档特性，适合于油库流程和控制过程的操作及监控。该软件根据用户建立的数据信息，把PLC信息直接连接到用户应用图形上。操作人员可以通过操作画面及流程图，监控油库状态和运行数据，发出控制命令，也可进行参数修改、故障处理复位、报表打印等，实现自动化管理。其主要操作画面有：①油库工程平面总貌布置图；②油库工艺流程及模拟静态、动态图；③油库工程自动控制系统及电气接线图；④各个罐区参数显示图、实时及历史趋势图、报警摘要列表显示。
4总结
现阶段具有总线接口的智能仪表多为进口，而油库传统设备较多，全总线系统难以一蹴而就。本监控系统以PROFIBUS为系统骨干，AS–i总线为补充的集成结构一定程度上解决了这种矛盾，适合于我国油库现状。该系统整体性好，安全可靠，功能齐全，运行维护方便，应用后获得了用户的好评。整个油库自动化是非常复杂的系统，投资大，难以一步到位，在改造、再建油库监控系统时应整体规划、渐进实施。