基于現場總線的油庫監控系統研發

3.2.1管控主站層
主站層全部采用SIEMENSPLC模塊，CPU414–DP，通過CP443–5模塊與網絡通訊。主站PLC（可以是多個不能相互控制但可以相互傳輸數據的PLC）與上層PC相聯構成主控中心，工程師站用于各個現場從站的組態和維護，操作員站完成對油罐各個部分的運行監視、數據采集和其它自動檢測系統的調度功能。主站配備打印機用于報表打印、報警打印。整體采用C/S結構，系統服務器雙機熱備以增加系統可靠性，通過工業以太網與上層通訊接入整個企業辦公管理系統。該層是整個油庫監控系統的調度核心。
3.2.2庫區PROFIBUS–DP主干網絡層
庫區主干層采用的是PROFIBUS，選用4芯光纖，冗余連接，所有分站通過．PROFIBUS接入主站，實現數據的采集、信息的交流，每個罐區的溫度、液位、流量、管道壓力、視頻信號、電磁閥信號傳輸到主站。
3.2.3執行器、傳感器層
AS–i即執行器—傳感器接口，是一種用于在主控制器和傳感器/執行器之間雙向交換信息的總線網絡，它屬于現場總線的底層網絡。通過網關它與PROFIBUS實現連接，網關作為上層總線的一個節點，下面可以掛接一批AS–i從站。AS–i總線主要用于具有開關量特征的傳感器/執行器系統，傳感器可以是各種遠離接近開關以及溫度、壓力、流量、液位開關等。執行器可以是各種開關閥門，聲、光報警器，也可以是其它電器。傳感器/執行器掛接在AS–i總線上的方式分為兩種，一種是帶有AS–i通信接口的智能A/S，內部裝有AS–i模塊專用芯片，直接掛接到AS–i總線上；另一種是分布式的，由專門的AS–i接口模塊和普通的A/S連接起來。AS–i電纜采用2芯扁平電纜，穿刺安裝把線壓在連接件上，簡單可靠，它是由特殊的合成橡膠作為絕緣保護層，當它被從連接件上拔下，穿孔處自動閉合，因此可反復使用，它不僅傳輸報文，還通過網絡給A/S等電路提供電源。
如圖3所示，AS–i總線通過SIEMENSDP/AS–i鏈路模塊與PROFIBUS-DP總線連接，這種耦合器是PROFIBUS-DP從控設備和AS-i的主控設備，可連接最多62個AS–i從站模塊，這些從站模塊的狀態都被DP/AS–i鏈路模塊的LED顯示。DP/AS–i鏈路模塊由AS–i扁平電纜供電，無需附加電源。圖3中K45，K60模塊是防護等級為IP65/67的現場安裝AS–i接口緊湊型模塊，有數字型、模擬型和氣動型，通過A/S連接器與傳感器/執行器相聯。

帶OLM光纖鏈路模塊的PROFIBUS-DP光纖網絡由于使用光信號傳輸，不會因為外部干擾場而受到損害，無接地問題，實現了電氣隔離，對于罐區的安全大有裨益，而且重量輕，安裝方便。OLM光纖鏈路模塊具有工業雙絞線（ITP）和FOC（光纖）接口，通過FOC接口，幾個OLM可組成如圖2的光纖環網。
3.3PLC的選型配置
為保證技術先進，操作簡便，方便后續的擴建，設計采用西門子公司的S7-400系列PLC產品，它模塊化結構、擴展功能強，結構堅固、可靠性高、功能全面、運行速度快，具有強大的通訊能力和集成的系統功能，應用方便，適用于油庫油料流量、罐壁壓力等的監控工程。油庫數據采集和狀態監視多、程序控制較多，使用S7-400作為主站，通過CP443-5通信模塊與PROFIBUS網絡通信，現場信號通過PROFIBUS傳至主站。
S7-400可以帶電插拔輸入/輸出模塊，運行時即可更換模塊，以保證系統連續不間斷運行。S7—400主要性能指標如下：①程序運算速度，位和整數運算0.1/μs，浮點運算0.6/μs；②I/O功能，DI/DO：65536，AI/AO：4094；③用戶內存，128kB用于程序，128kB用于數據，可擴展至15MB；④通用接口，多點接口MPI，PROFIBUS—DP：12Mbit/s。
3.4軟件設置
PROFIBUS-DP總線共有7個站，其中S7-400作為Master主站，其余均為Slave從站，應用STEP7對各個站點進行地址分配，使系統組態，并且對可以設置的模塊參數化，同時還要進行通信組態，確保參數匹配正確，使網絡真正建立通信。

工控機監控軟件WinCC是基于人機交互式監控系統，運行于Windows平臺上，其強大的過程接口界面和高度的安全數據存檔特性，適合于油庫流程和控制過程的操作及監控。該軟件根據用戶建立的數據信息，把PLC信息直接連接到用戶應用圖形上。操作人員可以通過操作畫面及流程圖，監控油庫狀態和運行數據，發出控制命令，也可進行參數修改、故障處理復位、報表打印等，實現自動化管理。其主要操作畫面有：①油庫工程平面總貌布置圖；②油庫工藝流程及模擬靜態、動態圖；③油庫工程自動控制系統及電氣接線圖；④各個罐區參數顯示圖、實時及歷史趨勢圖、報警摘要列表顯示。
4總結
現階段具有總線接口的智能儀表多為進口，而油庫傳統設備較多，全總線系統難以一蹴而就。本監控系統以PROFIBUS為系統骨干，AS–i總線為補充的集成結構一定程度上解決了這種矛盾，適合于我國油庫現狀。該系統整體性好，安全可靠，功能齊全，運行維護方便，應用后獲得了用戶的好評。整個油庫自動化是非常復雜的系統，投資大，難以一步到位，在改造、再建油庫監控系統時應整體規劃、漸進實施。