控制閥是石油儲運(yùn)過程中必不可少的現(xiàn)場儀表，對其控制通常采用硬接線方式，閥門較多的場合不僅需要大量電纜，而且占用較多的控制系統(tǒng)資源。某原油罐區(qū)基于通信方式，成功實(shí)現(xiàn)了DCS對大量電動(dòng)閥的可靠控制，取得了滿意的效果。主要描述了DCS和電動(dòng)閥控制單元的硬件設(shè)計(jì)，通信和組態(tài)軟件實(shí)施，以及實(shí)際應(yīng)用效果。實(shí)踐證明基于通信實(shí)現(xiàn)DCS對大量電動(dòng)閥的控制是可靠和令人滿意的，對大型石化罐區(qū)及電動(dòng)閥應(yīng)用較多的場合具有一定的參考意義。

　　石化罐區(qū)中原油儲罐和輸油管道所使用的各種控制閥不僅分散而且數(shù)量眾多，主要為大口徑閥門，采用氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常是通過數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)或DCS直接對閥門進(jìn)行控制，除了開閥、關(guān)閥和急�？刂仆�，一般還需要將閥門開度、開關(guān)狀態(tài)、遠(yuǎn)程/就地、各種報(bào)警等閥門信息引入系統(tǒng)。一個(gè)閥門至少有六七個(gè)以上不同類型的參數(shù)，閥門較多的場合，不僅需要大量的電纜，而且占用較多的系統(tǒng)I/O卡件和通道資源。通常的概念，純監(jiān)視數(shù)據(jù)可以接受通信方式來完成采集，涉及控制的參數(shù)一般不使用通信方式而采用硬接線，但近年來隨著通信功能的完善及其可靠性的進(jìn)一步提高，使用通信來實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場儀表的控制越來越多地得到了應(yīng)用。某1×10⁶m³原油罐區(qū)采用ECS-700DCS，通過與Pakscan電動(dòng)閥控制單元的Modbus通信，成功實(shí)現(xiàn)了DCS對大量電動(dòng)閥的可靠控制。

1、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　1.1、DCS

　　ECS-700DCS按照可靠性設(shè)計(jì)原則，在充分保證系統(tǒng)安全可靠的基礎(chǔ)上，不僅使系統(tǒng)規(guī)模能充分滿足大型聯(lián)合生產(chǎn)裝置的需求，還具有故障安全設(shè)計(jì)、單點(diǎn)在線下載、多工程師協(xié)同工作、分域管理、離線仿真調(diào)試等特點(diǎn)，同時(shí)融合了最新的現(xiàn)場總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持Profibus，Modbus，F(xiàn)F，HART等多種國際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線的接入和多種第三方設(shè)備的綜合集成，并且與這些第三方設(shè)備的集成均可提供接口與線路的冗余配置。

　　1.2、電動(dòng)閥控制單元

　　電動(dòng)閥控制單元由一臺主站控制器和與它相連的現(xiàn)場電動(dòng)閥組成。主站控制器通過一條兩線電流環(huán)路(總線)控制掛于環(huán)路上的多個(gè)現(xiàn)場控制閥，該電流環(huán)路可長達(dá)數(shù)公里。多個(gè)電動(dòng)閥僅通過兩條總線互聯(lián)成一個(gè)環(huán)路，最終接入主站控制器的只有起始和末端兩總線，所有閥門信息通過兩總線通信進(jìn)入主站控制器，每個(gè)現(xiàn)場設(shè)備都具備兩個(gè)方向上冗余的通信通道，這樣提高了線路故障時(shí)的通信可用性。Pakscan現(xiàn)場控制模塊可以安裝RotorkIQ，IQT，AQ，Q和A系列執(zhí)行器內(nèi)，而通用現(xiàn)場控制模塊可以連接其他廠家的設(shè)備，如泵、電磁閥、電動(dòng)閥等。

　　主站控制器不斷采集來自現(xiàn)場控制模塊的信息，實(shí)現(xiàn)讀取智能閥的開度、轉(zhuǎn)矩、地址、報(bào)警等數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，隔離現(xiàn)場故障設(shè)備，并通過標(biāo)準(zhǔn)的ModbusRTU等協(xié)議與DCS通信，上送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，接受閥門控制命令，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場多種智能閥門和設(shè)備的控制。為了增加可靠性，采用冗余主站控制器，與DCS的通信接口和線路也是冗余配置的。在進(jìn)行通信方式控制的同時(shí)，電動(dòng)閥等執(zhí)行器也可以使用就地控制、硬接線遠(yuǎn)程控制及輔助輸入，大大提高了控制的可靠性和配置的靈活性。

　　1.3、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　電動(dòng)閥控制單元的主站控制器安裝在現(xiàn)場機(jī)柜間的輔助機(jī)柜中，通過冗余的通信總線接入DCS的冗余串口通信模塊COM741基座中，實(shí)現(xiàn)可靠的通信。一對冗余的通信模塊有4個(gè)接口，可以通過硬件跳線配置成RS-485或RS-232通信接口，實(shí)現(xiàn)與多個(gè)電動(dòng)閥控制單元的連接。因?yàn)镸odbusRTU等協(xié)議已是廣泛應(yīng)用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因此在各類電動(dòng)閥控制單元中均得到支持，DCS種類豐富的通信模塊可與各類支持這些標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的電動(dòng)控制閥實(shí)現(xiàn)通信。該項(xiàng)目中罐區(qū)100多個(gè)常規(guī)信號則通過I/O模塊直接進(jìn)入DCS控制站，其中硬接線與通信點(diǎn)數(shù)之比為1：15。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　2.1、通信程序編制

　　DCS與電動(dòng)閥主站控制器采用ModbusRTU協(xié)議進(jìn)行通信，在DCS實(shí)現(xiàn)起來非常簡單，不需要編制程序，僅填寫簡單的表格(其中大多數(shù)項(xiàng)選擇合適的參數(shù)即可)即可完成通信配置和程序設(shè)計(jì)。然后需根據(jù)參數(shù)類型添加若干個(gè)讀寫命令，再掃描硬件自動(dòng)生成對應(yīng)的內(nèi)部變量，用來存放電動(dòng)閥的開停閉命令和狀態(tài)參數(shù)，這樣就完成了通信組態(tài)工作。該項(xiàng)目中DCS作為主站，采用RS-485接口，傳輸速率為9600bit/s，8位數(shù)據(jù)位，奇校驗(yàn)，1位停止位。

　　2.2、電動(dòng)閥控制程序編制

　　電動(dòng)閥控制單元接收并記錄從兩線環(huán)路傳來的智能閥的地址、轉(zhuǎn)矩、開度、報(bào)警等數(shù)據(jù)，根據(jù)從DCS傳來的讀寫命令控制閥門的動(dòng)作，因此控制閥門的程序是在DCS中完成的，其中包括開停閉閥門邏輯及故障判斷、輸出信號類型、行程時(shí)間的設(shè)置等。使用DCS提供的閥門控制功能模塊Valve，即可實(shí)現(xiàn)對閥門的控制程序編制，使用起來相當(dāng)方便，只需在用戶程序中對控制模塊進(jìn)行引用，并對其中操作和配置參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置即可。同時(shí)系統(tǒng)還提供了Valve功能塊相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)閥門操作面板，可供操作員在操作站監(jiān)控軟件中使用。當(dāng)然，若標(biāo)準(zhǔn)閥門面板不能滿足要求，可以自定義所需要的操作面板。圖2是閥門控制模塊Valve引用的一個(gè)實(shí)例，其中Flag是閥門控制模塊質(zhì)量碼，用來在監(jiān)控軟件中顯示閥門的各種狀態(tài)。

圖2 閥門控制模塊Valve的引用實(shí)例

2.3、監(jiān)控軟件制作

　　該項(xiàng)目中需要控制電動(dòng)閥近200臺，每臺電動(dòng)閥均有開閥、關(guān)閥、急停、開到位、關(guān)到位、過扭矩報(bào)警、綜合報(bào)警7個(gè)信號。每一幅畫面上都有大量閥門，操作界面設(shè)計(jì)的好壞將直接影響到操作效率與安全，利用DCS軟件的強(qiáng)大功能，閥門利用顏色的變化清晰準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出了閥門的開啟、閉合、行程、故障、報(bào)警等狀態(tài)。若對閥門進(jìn)行操作，點(diǎn)擊閥門則會彈出閥門操作面板，來供操作員進(jìn)行開停閉的閥門操作。

3、結(jié)束語

　　基于通信實(shí)現(xiàn)了DCS對大量電動(dòng)閥的實(shí)時(shí)控制，使得罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)布線簡潔，大大減少了電纜和DCS部件，減少了安裝調(diào)試工作量和成本，關(guān)鍵部件和通信全環(huán)節(jié)的冗余配置又保證了系統(tǒng)的高可靠性;同時(shí)罐區(qū)數(shù)據(jù)直接進(jìn)入DCS，既便于在中心控制室對整個(gè)罐區(qū)進(jìn)行監(jiān)視和控制，也為罐區(qū)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理和企業(yè)的信息化管理帶來了方便。該罐區(qū)投用半年以來，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，控制方便可靠，實(shí)踐證明基于通信實(shí)現(xiàn)DCS對大量電動(dòng)閥的控制是可靠和令人滿意的，對大型石化罐區(qū)及電動(dòng)閥應(yīng)用較多的場合具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]李衛(wèi)成.電動(dòng)閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及應(yīng)用[J].天然氣與石油，2007，(6)：28-32.

　　[2]鄭水成，董愛娜.油品儲運(yùn)自控系統(tǒng)及過程儀表的設(shè)計(jì)[J].石油化工自動(dòng)化，2006，(6)：11-13.

　　[3]蘇夢，馮達(dá)，陸朝榮，等.基于PLC的油料儲運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，22(9-1)：49-50.

　　[4]黃春燕.某原油商業(yè)儲備庫設(shè)計(jì)資料[G].中國石油華東勘察設(shè)計(jì)研究院，2009.

　　[5]浙江中控技術(shù)股份有限公司.ECS-700控制系統(tǒng)手冊[G].浙江中控技術(shù)股份有限公司，2010.

　　[6]陸德民，張振基，黃步余.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊[M].3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

　　[7]國家石油和化學(xué)工業(yè)局.SH3005-1999石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國石化出版社，1999.