石化储运罐区智能仪表与国产DCS通讯的研究与实践

石化储运罐区智能仪表与国产DCS通讯的研究与实践 The research and practice of communication on intelligent instrument & DCS

at Petrochemical storage tank

杨利丰、俞文光、张哲强

1.中国石油大庆炼化公司 2.浙江中控技术股份有限公司

摘要:介绍了国产 DCS和罐区霍尼韦尔ENRAF伺服液位计、艾默生SAAB雷达液位计、河北珠峰光导液位计ZYG-101A /ZYG-601等设备的 Modbus RTU 及自定义通讯协议，详细探讨XP248通讯模块采用Modbus RTU及自定义协议的通讯连接方法和应用思路。实践证明XP248通讯模块在和其它第三方智能仪表设备通讯时稳定可靠，数据准确精度高，值得推广及应用。 Abstract: the paper introduces DCS and Honeywell ENRAF servo liquidometer, Emerson SAAB radar level gauge, Hebei zhufeng optical level gauge ZYG - 101 - a/ZYG - 601 equipment such as Modbus RTU and RS - 232 communication protocol, and discusses XP248 communication module and Modbus RTU and the RS - 232 communication protocol connection method and application.Practice proved XP248 communication module and other third-party intelligent instrument equipment communication is stable and reliable, high precision data accurate, is worth popularization and application. 122

关键词：石化罐区 智能仪表 DCS XP248 通讯

Keywords: Petrochemical storage tank intelligent instruments DCS XP248 communications 0 引言

中国石油大庆炼化公司储运二段罐区分别设有汽油罐区、柴油罐区、一二期聚丙烯球罐区、液化气罐区、常输管线罐区、汽柴油罐区等七个罐区，共配置了12台珠峰ZYG-101A光导液位计，22台霍尼韦尔ENRAF伺服液位计，12台艾默生SAAB雷达液位计，12台珠峰ZYG-601光导液位计等四种智能仪表。为提高石化储运罐区生产管理水平，保障安全生产，罐区DCS系统应能在常规实现工艺数据监测的基础上，对智能仪表设备实现一定智能管理，即将四种智能仪表设备的液位及温度测量信号在所配置的国产DCS上实现实时监控，并具备实时趋势及历史趋势查询、仪表工作情况调用等功能。

1 DCS系统及特点

储运罐区的控制系统采用浙江中控技术股份有限公司生产的WebField系列DCS。DCS系统配有支持多种通讯协议的通讯卡件XP248，可实现与其他厂家DCS、PLC、各种现场智能仪表的通讯。XP248 支持 Modbus RTU协议、HostLink协议以及自定义通讯协议。支持 Modbus RTU协议的主机模式和从机模式。XP248 通讯卡支持 4 路串口的并发工作，每路串口支持 RS-232 和 RS-485 两种通讯方式。4个串口可同时运行不同的协议。每一串口可以挂接的设备数量由运行的协议决定，但最多不超过 32 个。XP248 具备通道冗余功能及卡件冗余功能，四路串口中 COM0-COM1，COM2-COM3 可以配置为互为冗余的串行通道，并可配合卡件冗余功能实现多种冗余方案。如图1所示。

图1 XP244网络结构

2 多协议通讯系统的研究与实施

罐区中霍尼韦尔ENRAF伺服液位计、艾默生SAAB雷达液位计、珠峰光导液位计ZYG-601等智能设备采用Modbus RTU协议通讯，而珠峰光导液位巡检仪ZYG-101智能设备采用的是自定义通信协议。我们根据不同智能仪表的软硬件性能与管理要求，设计了相应的通讯连接方式。

2.1 DCS与霍尼韦尔ENRAF伺服液位计的通讯

一期聚丙烯球罐区10台ENRAF 854XTG伺服液位计，液化气罐区8台ENRAF 854XTG伺服液位计，二期聚丙烯球罐区6台ENRAF 854XTG伺服液位计。24台ENRAF 854XTG伺服液位计与通讯接口单元CIU880 Prime通讯连接如图2所示。

图2 ENRAF 854XTG伺服液位计与通讯接口单元CIU880 Prime通讯

Enraf CIU通讯控制单元分为两层，第一层是CIU Prime，第二层是CIU Plus。其中CIU Prime实现现场数据收集；Prime提供两路输出，一路将测量的信号送到CIU Plus中，另一路可连接Enraf公司的雷达专用调试软件，对雷达的运行参数进行必要的调整，可以得到整个储罐的波形图。CIU Plus主要是进行独立的硬件计算。可以通过Enraf的Ensite Pro软件中提供的罐容数据，结合Plus中内置的国际通用ASTM和API石油计量表、中国的国标石油计量表以及标准算法，根据CIU Prime得到得一次测量信号，可以实时计算油品视体积、标准体积、标准密度以及质量等数据。它同时可以具备多个独立的输出，可以连接到各个不同的系统，如Entis Pro库存管理系统、DCS系统等 一期聚丙烯球罐区10台ENRAF 854XTG伺服液位计通过现场XPU通讯板进行串接连接到中控室CIU880 Prime的FieldPort1，液化气罐区8台ENRAF 854XTG伺服液位计通过现场XPU通讯板进行串接连接到中控室CIU880 Prime的FieldPort2，二期聚丙烯球罐区6台ENRAF 854XTG伺服液位计通过现场XPU通讯板进行串接连接到中控室CIU880 Prime的FieldPort2。通讯接口单元CIU880 Prime的HOST1接口经过电缆连接至DCS通讯卡XP248的串口COM3，通过在DCS的组态编程软件中的图形化编程，把液位温度信号显示在DCS的监控画面上，提供给罐区操作人员监控。通讯接口单元CIU880 Prime的HOST2接口经过电缆连接至DCS的工程师站COM1口，通过Ensite Pro软件可以对现场的24台ENRAF 854XTG伺服液位计进行维护和诊断调试。通讯接口单元CIU880 Prime的通讯

配置见表1。

2.2 DCS与艾默生SAAB雷达液位计的通讯

长输管线球罐区6台艾默生RTG3960 雷达液位计，二期聚丙烯球罐区6台艾默生RTG3960 雷达液位计。12台艾默生RTG3960 雷达液位计与现场连接单元FCU2160通讯连接如图3所示。

图3 SAAB雷达通讯构成

长输管线球罐区6台艾默生RTG3960 雷达液位计通过现场FCC通讯板进行串接连接到中控室1# FCU2160的FCM port口，二期聚丙烯球罐区6台艾默生RTG3960 雷达液位计通过现场FCC通讯板进行串接连接到中控室2# FCU2160的FCM port口，1#通讯连接单元FCU2160的MODBUS RS232C/RS485接口经过电缆连接DCS通讯卡XP248的串口COM1，2#通讯连接单元FCU2160的MODBUS RS232C/RS485接口经过电缆连接至DCS通讯卡XP248的串口COM2，通过在DCS的组态编程软件中的图形化编程，把液位、温度、压力信号显示在DCS的监控画面上，提供给罐区操作人员监控。

需要注意的是通讯连接单元FCU2160的RS232C/RS485接口只有一个，不能像ENRAF的通讯接口单元CIU880 Prime那样可以通过另一个通讯接口经过电缆连接至DCS的工程师站COM口，工程技术人员对现场的雷达液位计进行维护和诊断调试时，只能断开与DCS的通讯，连接上装有WINSETUP软件的手持终端或工程师站进行雷达液位计的组态维护和诊断调试。这也是罐区雷达液位计通讯的不足之处。

2.3 DCS与河北珠峰光导液位计的通讯

2.3.1传统总线方式

汽油罐区6台珠峰光导液位计ZYG-B101、柴油罐区罐6台珠峰光导液位计ZYG-B101，这12台珠峰光导液位计ZYG-B101接入二次表ZYG-A101。二次表ZYG-A101通过RS232C/RS485接口经过电缆连接至DCS通讯卡XP248的串口COM1，通过在DCS的组态编程软件中的图形化编程，把液位、温度信号显示在DCS的监控画面上，提供给罐区操作人员监控。此种方式技术落后，通讯故障率高，已逐渐淘汰。

2.3.2 MODBUS总线方式

汽柴油罐区的光导表在使用过程中，元器件老化严重，多次出现故障，造成整个罐区液位无法监测。目前在用ZYG-B101变送器及二次表ZYG-A101设备，技术落后，性能差，工作不稳定，多次更换新表未彻底解决问题，另外，此表采用九十年代BCD码总线制传输形式，单台表故障易造成其它多个罐无指示，严重影响工艺正常监控。因此在我们的升级方案中对珠峰光导表进行了改造，取消二次表ZYG-A101，通过ZYG-601-ZM总线模块将信号引入控制站XP248通讯模块，对一次表进行更新12台。四线制减少为二线制，通过2块ZYG-601-ZM总线模块的RS485通讯接口接入DCS系统。 3 XP248应用与软件实现

罐区控制系统配有两块XP248通讯卡SC1-4、SC2-3，通讯地址分别设置为128.128.1.6、128.128.1.8。SC1-4 XP248多串口多协议通讯卡的自定义变量中定义1字节变量，目的是记录雷达液位计的通讯状态及温度液位压力参数诊断状态字。然后在自定义变量中定义4字节变量，目的是定义雷达液位计的温度、液位、压力参数过程值点名位号注释及量程范围。XP248和现场智能表建立通讯后，把现场雷达液位计测量参数存储在4字节变量中，通过点名和位号的方式在监控画面中调用和监控。在SC2-3 XP248多串口多协议通讯卡的自定义变量中定义1字节变量，目的是记录光导液位计的通讯状态及温度液位参数诊断状态字，记录伺服液位计的通讯状态及温度液位压力参数诊断状态字。然后在自定义变量中定义4字节变量，目的是定义伺服液位计的温度、液位、压力参数过程值点名位号注释及量程范围。定义光导液位计的温度、液位参数过程值点名位号注释及量程范围。XP248和现场智能表建立通讯后，把现场伺服液位计、光导液位计测量参数存储在4字节变量中，通过点名和位号的方式在监控画面中调用和监控。

MODBUS RTU通讯协议的实现通过XP248内部集成的通讯功能块实现，程序设计中只需插入固定的通讯功能块即可方便的实现数据的发送和接收。下面主要对采用自定义方式通讯的软件实现进行展示，自定义方式通讯是采用语言依据双方设备协商好的通讯方式实现数据的发送和接收，以下这段程序是以光导液位计自定义方式通讯为例的编程段落。

FUNCTION_BLOCK ReadMsg_Q17

VAR_INPUT

CMDID:BYTE;END_VAR

VAR_OUTPUT

SENDBUF:ULONG;

SENDLEN:UINT;

RCUBUF: ULONG;

END_VAR

VAR

CHECKLOWR: BYTE;

CHECKHIGHR:BYTE;

CHECKWORD: WORD; END_VAR

SENDBUF = GW_DEFSNDBUF(CMDID,128);

GW_WRITEBUF(SENDBUF,0,2); (*起始位STX，保持不变*)

GW_WRITEBUF(SENDBUF,1,48);(*CIU地址0*)

GW_WRITEBUF(SENDBUF,2,48);(*罐号高位0*)

GW_WRITEBUF(SENDBUF,3,49);(*罐号低位1*)

GW_WRITEBUF(SENDBUF,4,66);(*功能码高位B，保持不变*)

GW_WRITEBUF(SENDBUF,5,90);(*功能码低位Z，保持不变*)

GW_WRITEBUF(SENDBUF,6,49);(*命令码高位1*)

GW_WRITEBUF(SENDBUF,7,65);(*命令码低位A*)

GW_WRITEBUF(SENDBUF,8,3);(*ETX，保持不变*)

GW_WRITEBUF(SENDBUF,9,90);(*校验结果*)

SENDLEN = 10;

RCUBUF = GW_DEFRCVBUF(CMDID,128);

END_FUNCTION_BLOCK

3.结束语

罐区DCS系统及各现场智能仪表的数据通讯从2011年开始运行至今，稳定可靠、精度高。我们通过对罐区各类智能仪表的通讯协议、硬软件特色等通讯机理的研究与工程设计，解决了多种智能设备与DCS系统之间的通讯问题，对类似工程的设计实施有较大参考价值。

参考文献：

1.郭亮等，JX-300X分散控制系统与多种协议智能设备通信技术的研究[J], 自动化仪表2005，26(9):43-45

2.ENRAF.Instruction manual series 880 CIU Prime[G]；ENRAF,2003.11(4416.525 Rev2)

3.浙江中控技术股份有限公司.控制系统手册[G].浙江中控技术股份有限公司，2010.

4.EMERSON.TankRadar REX Tank Gauging System Service Manual[G]; Rosemount Tank Gauging; 2010.8(308012En，Ed.1/Rev.D)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/86rj.html