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                     中石油西北銷售公司西固油庫（蘭州） 胡正鈞

    霍尼韋爾（中國）有限公司 江天生

    胡正鈞 男，2000年畢業于北京航空航天大學機電工程專業，從事多年信息技術、軟件工程、自動化等領域的開發與應用工作，具有豐富的實踐經驗，現擔任中國石油西北銷售蘭州分公司經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售公司西固油庫在罐區自動化升級改造項目中，采用霍尼韋爾公司OneWireless無線解決方案的網絡架構、一個無線平臺支持多種無線應用的特點，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。

    關鍵詞：中石油西固油庫；無線主干網絡；OneWireless；多功能無線網絡架構；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無線解決方案

    霍尼韋爾公司的工業無線解決方案， 是由多功能節點（Multinode）構建一個通訊速度非常快的無線Mesh主干網絡，現場無線變送器可以自動選擇與任何一個多功能節點進行無線通訊。

    最多可以有40個多功能節點構建一個無線主干網絡，每個多功能節點都可以帶80臺無線變送器（大于1秒刷新時）或20臺無線變送器（1秒刷新時）。無線變送器電池供電壽命4.5年（1秒刷新常溫時）或10年（大于1秒刷新）。

    每個多功能節點都可以同時作為網關有線接入控制系統，采用標準通訊協議 Mobus TCP/IP，OPC，Modbus RTU等。如果同霍尼韋爾的Experion PKS DCS控制系統進行數據集成，那么完全內嵌式集成，支持CDA方式同C300控制器和服務器點對點通訊，支持同DCS的組態工具和診斷工具直接對無線網絡和無線變送器進行組態、診斷、管理和維護。

    整個無線網絡自組織、自愈合、冗余網關的設計、沒有單點故障，同時采用了2.4GHz ISM頻段DSSS跳頻通訊，確保無線通訊能夠達到工業等級的可靠性和安全。

    同一個無線架構支持多種無線應用，同時支持同無線變送器的無線通訊、支持無線視頻監視、移動工作站、無線巡檢、腐蝕監測、振動、無線可燃氣體監測等。

    2 西固油庫的工業無線應用的項目概況

    中石油西北銷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；需要支持員工在鐵路棧橋作業時，能夠實時獲取控制系統的數據和實時錄入裝車數據和信息；需要實時獲取北灘油庫數據，實現數據共享。

    霍尼韋爾為該項目提供無線設備包括：5臺多功能節點；20臺無線壓力變送器；4臺移動工作站 / RESS Server；無線管理平臺。
    
                   

    霍尼韋爾還為該項目提供PKS控制系統，實現庫存管理系統、油品移動系統、公路自動付油系統、鐵路定量裝車系統、訂單管理系統、在線設備管理系統、CCTV監控系統、無線通信及廣播系統、門禁系統和績效管理系統。

    通過5個多功能節點構建的無線網絡架構同時支持3個無線應用：

    （1）支持4個移動工作站，實現現場移動作業，實時瀏覽PKS控制系統畫面、組態、報表、報警等，以及輸入鐵路裝卸站臺的過程數據；

    （2）支持同20臺無線壓力變送器的通訊和過程數據監測；

    （3）無線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 西固油庫的工業無線應用的技術方案

    在油庫現場布置5臺多功能節點，構建快速通訊的mesh主干無線網絡，自組織、自愈合，支持現場無線變送器的無線通訊、移動工作站、和PLC的無線互聯：M1作為無線網關置于中控室樓頂，作為網關有線接入到PKS SCADA系統，把無線網絡的數據采用標準的通訊協議Modbus TCP同Experion PKS控制系統進行數據集成。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線轉接。

    3.1 無線網絡支持無線變送器

    在綜合泵房附近輸油管道、主控室北側輸油管線、鐵路棧橋附近的測點安裝無線壓力變送器。無線變送器可以自動選擇同多功能節點M2、M3、M4或M1進行無線通訊；多功能節點之間無線通訊構建mesh無線主干網。位于控制室的多功能節點做為網關，把所有數據傳輸至PKS 控制系統，進行數據集成。多功能節點構建的無線主干網絡支持無線變送器冗余、多路徑、跳頻通訊。無線網絡通過多功能節點把數據集成到控制系統中，采用標準的通訊協議Modbus TCP。
   
                     
 
    無線變送器的通訊采用2.4GHz公用波段跳頻（ISM），自組織、自愈合；無線網絡的規模靈活，安裝方便；無線設備有國家無委會核準。無線變送器的刷新速度可以設定為最快1秒；無線溫度變送器可以選型隔爆；無線變送器的電池壽命可預測，常溫下，1秒刷新時為4.5年。

    3.2 無線網絡支持移動工作站

    移動工作站高效移動解決方案，支持在現場移動作業。經認證可以用于危險環境的耐用型移動工作站，支持工作人員在鐵路裝卸碼頭現場通過無線的方式訪問Experion PKS SCADA控制系統的關鍵過程參數、歷史數據、圖形、過程畫面、維護信息和其它重要數據，也可以直接輸入過程參數。通過移動工作站，運行人員可以在現場實時了解其現場操作對生產過程的影響。

    鐵路裝卸平臺的移動工作站同安裝在SCADA控制室附近多功能節點M2或M3直接無線通訊，實時瀏覽SCADA里的所有信息及數據通訊。M1有線接入SCADA控制系統，通訊協議為標準的Modbus TCP。安裝在移動工作站上的客戶終端（Terminal Client）通過無線網絡及網關M1無線訪問遠程客戶端服務器（RESS Server），從而實現實時瀏覽控制系統的過程信息，并可設置權限，對Experion 動態畫面的數據可以讀寫。

    3.3 無線網絡支持無線互聯
    西固油庫采用無線網絡無線連通北灘油庫就地PLC和西固控制系統，支持西固油庫控制中心實時獲取北灘油庫運行數據，無需使用電話或對講機等不方便、不實時的溝通方式。北灘油庫計量系統現場附近安裝一個多功能節點M5，有線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的多功能節點M2直接無線通訊，通過無線骨干網絡傳至無線網關，實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線的方式采集上來。

    3.4 無線網絡同PKS控制系統的完全一體化集成

    無線網絡中的網關都可以同Experion PKS控制系統（R311.2版本及以上）實現CDA 直接一體化通訊，完全一體化集成。用戶可以通過Experion Configuration Studio中一體化內嵌工具，方便的增減無線I/O點、建立控制策略，組態、監視無線設備；實現無線網絡的安全管理；無線網絡的通訊診斷、維護等。無線變送器的I/O點及測量參數、狀態參數都在Experion HMIWeb Display Builder中顯示為 native Experion points，而無需組建SCADA點或OPC參數。在Experion System Status中也可以監視無線設備、無線網關、及移動工作站的狀態。無線網絡的數據完全集成在Experion數據庫中。

    3.5 無線網絡的管理平臺

    無線管理平臺實現功能：

    （1）無線網絡的通訊診斷：用來管理和診斷無線網絡中設備的無線電通訊狀況；圖形功能界面支持以圖形方式來監視無線電通訊的狀態和無線通訊拓撲結構；

    （2）支持對無線變送器的遠程在線組態或維護；

    （3）無線網絡的統一安全管理。這些功能完全內嵌和集成在Experion控制系統Configuration Studio和Control Builder中：用戶可以通過Configuration Studio中一體化內嵌工具，方便的增減無線I/O點、建立控制策略，組態、監視無線設備；實現無線網絡的安全管理；無線網絡的通訊診斷、維護等。無線變送器的I/O點及測量參數、狀態參數都在Experion HMIWeb Display Builder中顯示為 native Experion points，而無需組建SCADA點或OPC參數。在Experion System Status中也可以監視無線設備、無線網關、及移動工作站的狀態。無線網絡的數據完全集成在Experion數據庫中。

    4 結語

    西固油庫改造項目中，輸油管線的壓力測點和控制中心之間被鐵路分隔、現有橋架和電纜溝已經接近滿負荷；需要支持員工在鐵路棧橋移動作業；需要實時了解北灘油庫的實時數據，這都是有線技術方案所很難實現的。
采用霍尼韋爾無線技術方案，在改造工程中不需要考慮布線和敷設電纜問題，無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、減少安裝調試時間、減少后期維護工作量、支持現場移動作業，無需從現場往返控制室，即可獲取控制系統實時數據和信息。

    不僅如此，控制室和現場布置也更為簡潔：無接線盒、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。而且無線網絡擴展非常方便，未來增加測點時，直接安裝無線變送器即可;更換容易、即插即用、靈活。

   一個無線架構同時支持無線變送器、移動工作站、和遠程控制系統的無線互聯，能夠給西固油庫用戶帶來成本優勢和技術優勢。無線系統同控制系統的完全一體化集成，以及無線網絡的管理功能完全內置于控制系統，都給用戶帶來極大的便利，可以幫助用戶更高效的實現罐區改造、以及未來更高效的實現罐區的高自動化水平、高技術水平運行。

     摘自《自動化博覽》2010年第六期