艾默生智能无线技术方案及其应用

孙宝歧 陈高科 王 军

(中国石油兰州石化公司电仪事业部，兰州 730060)

艾默生智能无线技术方案及其应用

孙宝歧 陈高科 王 军

(中国石油兰州石化公司电仪事业部，兰州 730060)

将艾默生智能无线技术方案应用于年产量5万吨的丁腈装置中。目前装置已成功开车，4台无线仪表每隔30s刷新一次数据，且测量数据准确。

智能无线技术 DeltaV DCS系统 Wireless HART技术 自组织无线网络

艾默生智能无线技术是研究和开发最早的一种工业无线技术，具有接线少和投入成本低的优势，该技术最具特征的网格状网络体系使得无线通信的可靠性达到了99.99%以上的工业级要求，远高于点对点无线通信技术，因此在化工生产和控制领域得到了广泛应用[1]。作为艾默生工厂管控网Plant Web数字工厂的一部分，智能无线技术方案的应用减少了与有线设计和安装相关的工作，也减少了机柜、线缆、终端、电缆桥架及安装图纸等工作，可为后期改造和新上项目建设提供更加灵活的设计和施工选择，能够节省90%以上的安装成本。

1 智能无线技术方案

艾默生智能无线技术方案(图1)所使用的现场设备具有智能预测的优点，能解决诸多工厂中的测控盲点难题。现场设备组成一个自组织无线网络(Wireless HART技术[2])，设备之间的通信可以自由选择路径，一台1420无线网关最多挂接100个无线设备。在自组织无线网络中，每一台现场设备都是其他邻近设备的路由器，它们接力传递数据，直到这些数据通过智能无线网关到达控制室。整个网络的规模越大设备越多，提供的冗余通信路径越多，网络通信的功能也就越强大[3]。该方案通过整合创新自组织无线通信技术、跳频技术、全网格冗余通信技术、时间同步技术和艾默生在行业内技术领先的无线设备，如1420无线网关、3051S无线压力变送器及AMS智能设备管理软件等，最终实现与DeltaV DCS系统和其他主机系统(包括PLC)的无缝式数据通信。

图1 艾默生智能无线技术方案

智能无线现场网络与DeltaV DCS系统的集成如图2所示。DeltaV 10.3版本以后的DCS系统可以将无线网关直接挂在有线控制网络上，就像普通的控制器节点一样。DeltaV提供标准的接口和网管集成，组态工具也完全支持网关、仪表组态和设备监视功能，实现传统有线控制系统和无线网络的无缝结合。

2 应用实例

中国石油兰州石化公司橡胶厂在年产量5万吨的丁腈装置2000#化学品配置单元的V-208终止剂罐、V-209除氧剂罐、V-202乳化剂罐和V-205氢氧化钠罐的进料管线处共安装了4台3051S无线变送器，用来测量V-208、V-209罐的液位和V-202、V-205罐的进料管线压力。同时，利用安装在现场的1420无线网关和一根普通的2×1.5mm电缆，通过Modbus/RTU方式与控制室的DeltaV DCS系统建立通信，在DeltaV DCS系统上进行组态和显示，实现对上述工艺过程变量的测量、监视和报警。

图2 智能无线现场网络与DeltaV DCS系统的集成

2.1无线网关的配置

为了对无线智能网关进行配置[4]，必须通过PC和网关之间建立本地连接。

首先给网关上电，1420网关正常工作时需要24V(DC)供电(图3)。

图3 1420网关端子

然后使用网线连接PC和网关(P1)以太网插口。

在PC上找到Local Area Connection，点击Properties，选中Internet Protocol(TCP/IP)，双击手动配置：IP地址为192.168.1.10，子网掩码为255.255.255.0，点击OK退出设置窗口。

打开IE浏览器，在地址栏输入https://192.168.1.10进入默认网页。对弹出的安全警告点击“YES”，再点击Setup→Internet Protocol→Address进入网络设置，配置静态IP地址或设置DHCP并输入主机名，通过Setup→Restart Apps重新启动应用软件。

重新打开1420网关的Web页面对1420网关的Modbus进行设置(图4)。

图4 1420网关的Modbus设置界面

2.2现场无线变送器的配置

安装现场无线变送器的电池，使用HART375设置无线仪表量程、位号等参数，设置与网关一致的网络ID和握手密码，建立现场无线仪表与1420无线网关的通信连接，再回到1420无线网关，在Setup→Modbus→Mapping中对4台无线表的过程参数进行设置。3051S压力变送器的4个参数为：Primary Value(PV)过程压力值、Second Value(SV) 传感器温度、Trilogy Value(TV) 变送器线路板温度和Quartet Value(QV) 电池电压。

2.3DeltaV DCS系统串口通信卡的设置与组态

2.3.1串口通信卡设置

DeltaV DCS系统每个串口通信卡含有两个通信口，其中接线端子1～6为通信口1(P01)，接线端子7～12为通信口2(P02)。把从现场1420无线网关过来的RS-485通信线接到串口通信卡的端子2(+)和4(-)上，屏蔽线接到端子1上。

DeltaV DCS系统与1420无线网关之间的通信采用RS-485半双工串口通信方式，Modbus/RTU协议，比特率19 200bit/s，奇偶校验为even，其他设置通过点击DeltaV DCS通信卡的P01通道属性进行设置，具体如图5所示。设置完成后下装串口卡，串口卡的通信口1灯长亮说明通信已建立，且数据通信正常。

2.3.2DCS系统的module组态

在DCS系统上分别建立LT-2108(图6)、LT-2109、PT-2108(图7)和PT-2109共4个module组态，DeltaV数据类型为带状态的浮点量，PLC Data Type为Holding Registers，其余设置为默认，40001～40007用来读取现场4台无线变送器的测量值，具体如下：

40001：LT-2108.PV V-208罐液位测量值

40003：LT-2109.PV V-209罐液位测量值

40005：PT-2108.PV V-202罐进料管线压力

40007：PT-2109.PV V-205罐进料管线压力

由于液位是百分比显示，所以在AI模块后加一个减法器(减掉迁移量)和除法器(除以量程值)。按照工艺要求设置液位和压力的低低限(LL)、低限(L)、高限(H)、高高限(HH)报警。

下装4个module到控制器，通过DeltaV的Operate Configure图形编辑器绘制工艺流程图，并在流程图上建立V-208、V-209罐的液面和V-202、V-205罐的进料管线压力数据连接棒图，然后将这4个测量值显示到流程显示画面(图8)上。经过DCS系统中控显示和现场实际标定，DCS系统显示值与实际值完全一致。

图5 通信卡P01通道属性设置界面

图6 LT-2108 module组态

图7 PT-2108 module组态

图8 测量值在操作流程图上的显示画面

3 结束语

笔者介绍了一种艾默生智能无线技术方案，并将该方案应用于中国石油兰州石化公司橡胶厂年产量5万吨的丁腈装置中。目前装置已开车成功，4台无线仪表每隔30s刷新一次数据，且测量数据准确无误。虽然该方案只是一个简单的无线网络架构，但它的成功应用，显示了智能无线技术具有巨大的优势。同时，该方案可实现企业内生产操作、过程监控、资产管理、经营和市场管理一体化的全过程，为企业构建大型联合智能化工厂提供一定的参考依据。

[1] 高晋树,王洪元,潘操,等.基于无线HART的智能仪表在线监控系统[J].化工自动化及仪表,2011,38(12):1449～1453.

[2] 彭瑜.无线HART协议:一种真正意义上的工业无线短程网协议的概述和比较[J].仪器仪表标准化与计量,2007,(5):31～37.

[3] 席建华,王豪.工厂管控网技术的应用[J].石油化工自动化,2014,50(1):6～9.

[4] 张旭东,凌志浩.基于HART协议的实时设备管理系统[J].华东理工大学学报(自然科学版),2001,27(5):514～517.

TH862+.7

B

1000-3932(2016)11-1222-05

2016-06-08(修改稿)