（1．燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2．江蘇科技大學(xué)電信學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003 ）

油罐自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)方案對(duì)比研究

俞星吉1齊 亮2

（1．燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2．江蘇科技大學(xué)電信學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003 ）

本文分析了油罐自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的基本方法和傳感器選型，重點(diǎn)討論了ENRAF和ROSEMOUNT公司自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的功能、特點(diǎn)和測(cè)量方案，并對(duì)兩種自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比研究，給出了不同方案下系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的測(cè)量功能。

油罐；液位測(cè)量；傳感器

1 系統(tǒng)描述

目前，油庫(kù)油罐自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)主要采用ENRAF公司和ROSEMOUNT公司的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，兩者產(chǎn)品的基本功能和構(gòu)成方式大體相同，主要由液位、溫度和壓力等測(cè)量?jī)x表以及罐旁顯示單元、現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口、控制操作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、測(cè)量軟件等組成。

油罐自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)通常采用混合法油罐計(jì)量方式，由先進(jìn)的高精度液位和靜壓力測(cè)量?jī)x表共同組成。它利用先進(jìn)的伺服或雷達(dá)液位計(jì)測(cè)得油罐準(zhǔn)確的液位L；利用智能壓力傳感器準(zhǔn)確測(cè)量油罐底部的壓力P；利用多點(diǎn)溫度傳感器測(cè)得平均溫度，即可推算出油料體積V、密度ρ和質(zhì)量m，測(cè)量原理如圖 1所示。

測(cè)量系統(tǒng)硬件由液位、溫度和壓力傳感器以及信號(hào)接線端子、現(xiàn)場(chǎng)通訊單元、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場(chǎng)控制操作站（SCADA系統(tǒng)）、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備等組成。各油罐安裝的液位測(cè)量傳感器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接口與現(xiàn)場(chǎng)通訊單元的底層總線相連，實(shí)現(xiàn)各油罐液位、壓力測(cè)量等信號(hào)的綜合采集。油罐自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度主要取決于壓力測(cè)量準(zhǔn)確度。壓力儀表的準(zhǔn)確度都是相對(duì)于滿量程，儀表量程與罐高一致，以保證低液位時(shí)的測(cè)量精度。溫度測(cè)量點(diǎn)根據(jù)不同大小的油罐進(jìn)行設(shè)置。10000、20000立方油罐設(shè)5點(diǎn)溫度測(cè)量；5000立方罐設(shè)3點(diǎn)溫度測(cè)量；1000立方罐設(shè)2點(diǎn)或1點(diǎn)。

2 油罐自動(dòng)測(cè)

量系統(tǒng)方案對(duì)比

2.1 ENRAF液位計(jì)方案

ENRAF液位自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中主要由油罐測(cè)量傳感器、現(xiàn)場(chǎng)接線盒、通訊單元CIU、MODBUS網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)和測(cè)量軟件等組成，其中每一個(gè)油罐采用進(jìn)口超高精度伺服液位計(jì)、靜壓力表和多點(diǎn)溫度計(jì)進(jìn)行油料體積和質(zhì)量的測(cè)量，如圖2所示。

信號(hào)采集方式：采用ENRAF專(zhuān)用接線盒將ENRAFBPM現(xiàn)場(chǎng)總線和多套液位計(jì)、多點(diǎn)溫度計(jì)、壓力變送器相連，由罐區(qū)專(zhuān)用防爆接線箱將液位測(cè)量信號(hào)通過(guò)專(zhuān)用信號(hào)電纜直聯(lián)到信息中心的CIU輸入接口，CIU最多提供四個(gè)接口與罐區(qū)相連。利用CIU的兩個(gè)輸出接口（RS232或RS485可選）進(jìn)行油罐自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的集成，實(shí)施的具體方案為：一路輸出接口在信息中心與液位測(cè)量控制操作站相連，運(yùn)行ENTIS庫(kù)存管理軟件，顯示各油罐的液位等信息，保持原液位測(cè)量的全部功能；另一路輸出接口在信息中心通過(guò)網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器直聯(lián)，實(shí)現(xiàn)油罐信息集成，滿足油庫(kù)信息建設(shè)要求。該方案能提高油罐自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)冗余度。

圖1 油罐液位測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成

圖2 ENRAF液位自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

圖3 ROSEMOUNT液位自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

在多罐區(qū)集成測(cè)量中，也可通過(guò)訪問(wèn)ENTIS庫(kù)存管理軟件生成的數(shù)據(jù)庫(kù)文件（Access數(shù)據(jù)庫(kù)），實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量集成，該方案將要編制數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)程序，測(cè)量系統(tǒng)冗余度相對(duì)要弱。

2.2 ROSEMOUNT液位儀方案

ROSEMOUNT液位自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中主要由油罐雷達(dá)測(cè)量傳感器、現(xiàn)場(chǎng)接線盒、通訊單元FCU2160、MODBUS網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)、測(cè)量軟件等組成，其中每一個(gè)油罐采用進(jìn)口超高精度雷達(dá)液位計(jì)、靜壓力表和多點(diǎn)溫度計(jì)進(jìn)行油料的體積和質(zhì)量測(cè)量。

雷達(dá)液位自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)采集方式：采用ROSEMOUNT專(zhuān)用接線盒將TRL/2現(xiàn)場(chǎng)總線和多套液位計(jì)、多點(diǎn)溫度計(jì)、壓力變送器相連，由罐區(qū)專(zhuān)用防爆接線箱將液位測(cè)量信號(hào)通過(guò)專(zhuān)用信號(hào)電纜直聯(lián)到信息中心的FCU2160輸入接口，F(xiàn)CU2160最多提供四個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線接口與罐區(qū)雷達(dá)液位傳感器相連。利用FCU2160的兩個(gè)輸出接口（RS232或RS485可選）進(jìn)行油罐自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)集成，實(shí)施的具體方案為：一路輸出接口在信息中心與液位測(cè)量控制操作站相連，運(yùn)行TankMaster測(cè)量軟件，顯示各油罐的液位等信息，保持原液位測(cè)量的全部功能。

另一路輸出接口在信息中心通過(guò)MODBUS網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器直聯(lián)，實(shí)現(xiàn)油罐信息集成，滿足油庫(kù)信息建設(shè)要求。該方案能提高油罐自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)冗余度。

在多罐區(qū)集成測(cè)量中，，也可通過(guò)訪問(wèn)TankMaster自動(dòng)測(cè)量軟件的OPC（OLE for Process Control）接口，實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量的集成，該方案將要編制OPC接口訪問(wèn)程序，測(cè)量系統(tǒng)冗余度相對(duì)要弱。

3 實(shí)現(xiàn)功能

3.1 儲(chǔ)油罐實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與計(jì)量

儲(chǔ)油罐狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：儲(chǔ)油罐液位、界位、溫度、平均溫度等多參數(shù)及狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；收發(fā)油作業(yè)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

儲(chǔ)油罐狀態(tài)實(shí)時(shí)報(bào)警：高低液位預(yù)報(bào)警、報(bào)警，水位超高預(yù)報(bào)警、報(bào)警；溫度上限報(bào)警；壓力上限報(bào)警；混油報(bào)警；泄漏報(bào)警等。

儲(chǔ)油罐實(shí)時(shí)計(jì)量：依據(jù)液位、界位、罐容表和體積修正系數(shù)計(jì)算油料容積；依據(jù)容積、密度和密度修正系數(shù)，計(jì)算油料質(zhì)量。體積、質(zhì)量棒狀圖和數(shù)據(jù)表顯示，液位、溫度等參數(shù)的數(shù)據(jù)表、實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線顯示。

3.2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定與修改

儲(chǔ)油罐區(qū)參數(shù)設(shè)定和修改：儲(chǔ)油罐數(shù)量、標(biāo)號(hào)設(shè)置，油料種類(lèi)增減、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)設(shè)置，標(biāo)準(zhǔn)密度設(shè)置，通道定義、通訊參數(shù)設(shè)置，儲(chǔ)罐分區(qū)管理定義等。

儲(chǔ)油罐參數(shù)設(shè)定和修改：儲(chǔ)油罐高度、安全高度、油料種類(lèi)、液位和界位基準(zhǔn)零點(diǎn)、液位和界位高低報(bào)警值等設(shè)定和修改；儲(chǔ)罐容積表設(shè)定、修改和自動(dòng)修正。

3.3 儲(chǔ)油罐信息自動(dòng)管理

基于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)油罐信息自動(dòng)存儲(chǔ)、查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)測(cè)、報(bào)表生成、預(yù)覽及打印等功能。該功能主要由設(shè)置在信息中心的油罐信息控制操作站完成，也可在權(quán)的其它SCADA工作站進(jìn)行儲(chǔ)油罐信息自動(dòng)監(jiān)測(cè)、顯示和管理，工作站的報(bào)表生成、預(yù)覽及打印功能由系統(tǒng)授權(quán)決定。

3.4 油罐液位計(jì)通訊狀態(tài)顯示

在油庫(kù)管理系統(tǒng)中，為了及時(shí)了解油罐自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)通訊設(shè)備的工作狀態(tài)，在上層網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上將設(shè)置通訊設(shè)備狀態(tài)SCADA工作站，通過(guò)SCADA系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)通訊單元（CIU或FCU）的通訊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液位測(cè)量系統(tǒng)的通訊狀態(tài)，并加以顯示，提高了液位測(cè)量系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性和綜合監(jiān)測(cè)能力。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息能通過(guò)SCADA界面顯示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)信息的存儲(chǔ)、查詢(xún)等功能。

結(jié)語(yǔ)

本文以ENRAF和ROSEMOUNT公司油罐自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)為例，分析了油罐自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的基本方法和組成；針對(duì)兩者傳感器的不同功能特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了兩個(gè)公司自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的基本測(cè)量和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展測(cè)量的方案；給出了儲(chǔ)油罐實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與計(jì)量、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定與修改、儲(chǔ)油罐信息自動(dòng)管理和油罐液位計(jì)通訊狀態(tài)顯示等重要功能，對(duì)油庫(kù)多油罐系統(tǒng)進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)與控制具有指導(dǎo)作用。

[1]ENRAF,Instruction manual series 880 CIU Prime,November 2003．

[2]ENRAF,880CIU Prime 通訊接口單元，CIUPrime技術(shù)規(guī)格書(shū)，2005．

[3]ROSEMOUNT,TankMaster Batch Handling,User’s Guide 303041 En,Edition 1 November 2006．

TP273

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