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- 基于光纖傳感技術的油庫監(jiān)測系統(tǒng)的設計
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2011/6/30
摘 要：國內(nèi)發(fā)生的幾起油庫爆炸事故，使人們逐漸認識到油庫實時監(jiān)測以及信息及時反饋的重要性和迫切性。本文根據(jù)我國目前的實際情況，在對影響油庫安全的部分物理參數(shù)分析的基礎上，提出了通過光纖傳感器以及profibus和Internet網(wǎng)絡作為傳輸介質(zhì)進行油庫監(jiān)測的解決方案，可實現(xiàn)對油庫狀態(tài)的實時遠程自動監(jiān)測，并通過互聯(lián)網(wǎng)及時反饋油庫安全的重要參數(shù)。
關鍵詞：光纖傳感器 Profibus網(wǎng)絡 遠程監(jiān)測 數(shù)據(jù)采集
Research On Remote Monitoring System Used In Oil Warehouse
Abstract: There have been several oil warehouses detonated in our country, they make people pay more attention to detect the safe state of oil warehouses. The article provides a method to monitor the oil warehouses from distance through profibus network and internet. It is based on the using of optical fiber sensors and the anlayzing the data which have effect on oil warehouses safety. This method can realize the realtime monitor, automation and feeding back the state parameters in time.
Keywords: optical fiber sensor, profibus network, remote monitoring, data acquisition
1 引言
在石油、化工、工礦等企業(yè)一般都有油庫，這些油庫是企業(yè)重要的燃料基地，是一個重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。各種油庫的建設規(guī)模越來越大，造價也越來越高，為了確保油庫的安全，必須要對影響油庫安全的部分物理參數(shù)進行實時的數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)油庫的自動化管理。能及時掌握油庫油罐的液位、溫度、壓力、油氣濃度等狀態(tài)參數(shù)可以大大提高油庫的進油，儲油和管理的工作效率，極大的提高安全保障，因此有廣泛的應用價值。通過對液位、溫度、壓力、油氣濃度等狀態(tài)量的實時監(jiān)測，在智能儀表上實時顯示并設置報警值，在越過限值時即可產(chǎn)生聲光報警。此外這些狀態(tài)值也可以通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸，有訪問權限的管理者可以在任何地方通過瀏覽器查看油庫的安全參數(shù)，實現(xiàn)無人職守的遠程監(jiān)測系統(tǒng)。
2 油庫狀態(tài)參數(shù)的采集
油庫灌區(qū)一般是庫區(qū)的最危險部位，具有極高的安全要求。油料是易燃、易爆，對防爆要求特別高，液位和油溫使用電儀表難以安全的實現(xiàn)檢測。而光纖傳感器是用光在不同物理狀態(tài)下，在光纖中傳播引起的干涉、衍射、偏振、反射等物理特征的變化，進行各種物理量的測量裝置，在易燃、易爆區(qū)域有極高的安全系數(shù)。因此對于液位、溫度、壓力等物理參數(shù)我們使用光纖傳感器來測量。
2.1 液位狀態(tài)參數(shù)
油庫的儲油設備通常是用具有極高安全參數(shù)的油罐，其儲油液位的監(jiān)測是油庫生產(chǎn)及安全管理的的重要參數(shù)。綜合參考選用GY-IB型光纖液位計,該產(chǎn)品在易燃易爆環(huán)境中有極高的安全系數(shù)。
圖1 液位計通訊接口原理圖
2.2 溫度狀態(tài)參數(shù)
溫度信號有GCM型光纖光柵溫度傳感器獲得，通過安全柵或隔爆變送器將信號變成4-20mA模擬量送至PLC 的ET200S模塊的AI接口。
圖2 溫度變送器至PLC原理
2.3 油氣濃度狀態(tài)參數(shù)
油庫的罐區(qū)是防火、防爆的重點區(qū)域�？扇細怏w報警裝置用于探測灌區(qū)的可燃氣體濃度，在達到危險程度前報警，是防火、防爆、預防油氣泄漏的強有力的手段。根據(jù)具體的情況，選用ES2OOOT-C系列可燃氣體報警裝置。可燃氣體報警信號為標準4—20mA DC信號，可以通過安全柵連接至PLC。
圖3 可燃氣體報警信號測量原理圖
3 遠程監(jiān)測系統(tǒng)的整體構架
3.1 系統(tǒng)結(jié)構
由于目前油庫中油罐分布區(qū)域廣，甚至分布在不同的區(qū)，因此要想獲得整個油庫的儲油和安全狀態(tài)參數(shù)，必須為每個油罐安裝相應的傳感器以及為油罐區(qū)安裝油氣濃度火災報警裝置，使之組成一個完整的傳感器網(wǎng)絡。負責采集這些傳感器信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須是一個分布式系統(tǒng)，并且該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需具備遠距離的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸能力，最后采用某種通訊方式對整個系統(tǒng)也是非常重要。綜合上述考慮，系統(tǒng)結(jié)構圖如下：
圖4 油庫遠程監(jiān)測結(jié)構圖
系統(tǒng)的控制核心是西門子S7-400 PLC和庫區(qū)監(jiān)測PC（Profibus-DP 1類主設備），其DP口通過DP電纜與總線模塊ET200S進行實時數(shù)據(jù)交換。ET200S通過現(xiàn)場檢測元件和傳感器系統(tǒng)將系統(tǒng)主要監(jiān)控參數(shù)采集進來，通過最高12Mbit/s的Profibus-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂破�，控制器根�?jù)具體工藝要求進行處理，再通過Profibus-DP網(wǎng)絡將控制傳給ET200S，實現(xiàn)各現(xiàn)場監(jiān)測元件的控制流程。庫區(qū)監(jiān)測PC負責監(jiān)控Profibus-DP從設備并獲得各監(jiān)測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被寫入數(shù)據(jù)庫，供WEB服務器請求數(shù)據(jù)，而遠程客戶機通過 Internet請求WEB服務器的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)油庫的遠程監(jiān)控。
3.2 系統(tǒng)硬件組成
系統(tǒng)硬件分兩個部分，即傳感器和PLC組成的數(shù)據(jù)采集部分，服務器與客戶機組成的數(shù)據(jù)傳輸和處理部分。
傳感器是整個系統(tǒng)的關鍵之一，由于油庫是易燃易爆場地，因此我們的選取必須滿足一定的安全等級。我們選擇了適合易燃易爆場合使用的光纖液位傳感器和GCM型光纖光柵溫度傳感器以及ES2000T-C點型可燃氣體探測器來獲取油庫狀態(tài)參數(shù)。
在現(xiàn)場級PLC組成Profibus-DP網(wǎng)絡的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使用Profibus通訊協(xié)議實現(xiàn)PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸。Profibus- DP屬于設備總線，主要應用于復雜現(xiàn)場設備和分布式I/O，物理結(jié)構為RS-485，傳輸速率為9.6kb/s～12Mb/s。最大傳輸距離在加中繼器的條件下能延長到10KM，最多能掛接127個站點。在管理級，PLC和PC機構成以太網(wǎng)，負責現(xiàn)場級的監(jiān)控和采集數(shù)據(jù)的顯示。
3.3 軟件組成
軟件可分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸兩部分。數(shù)據(jù)采集部分負責對傳感器和監(jiān)測元件傳輸?shù)絇LC實時數(shù)據(jù)的采集。該數(shù)據(jù)采集軟件使用組態(tài)王工控組態(tài)軟件來編寫，它包括主控監(jiān)測畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線、報警記錄，并及時的把監(jiān)測到的油罐液位、溫度和監(jiān)測現(xiàn)場的油氣濃度等狀態(tài)參數(shù)寫入數(shù)據(jù)庫。
數(shù)據(jù)傳輸軟件采用B/S結(jié)構即瀏覽器和服務器結(jié)構, 它是隨著因特網(wǎng)技術的興起對C/S 結(jié)構進行改變或改進的結(jié)構。在這種結(jié)構下, 用戶工作界面是通過Web 瀏覽器（如Internet Explorer, Netscape 等） 來實現(xiàn), 極少的事務邏輯在瀏覽器端實現(xiàn), 主要事務邏輯在服務器端實現(xiàn), 形成所謂三層結(jié)構。這樣就大大簡化了客戶端的系統(tǒng)配置載荷, 減輕了系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量, 降低了用戶的總體成本。其數(shù)據(jù)流向如下：
圖5 數(shù)據(jù)流向圖
該軟件在Microsoft Developer Studio開發(fā)環(huán)境下用Visual C#開發(fā)的ASP.NET應用程序，ASP.NET是在服務器端嵌入腳步語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)交互的技術。利用服務器端腳本可以建立數(shù)據(jù)庫連接，并根據(jù)特定條件從數(shù)據(jù)庫中檢索到數(shù)據(jù)結(jié)果放到普通的HTLM代碼中，且這些服務器腳本不依賴于任何瀏覽器和用戶使用的平臺。
4 結(jié)束語
油庫的遠程監(jiān)測系統(tǒng)是一個集監(jiān)控、控制、管理一體的分布式系統(tǒng)。本文所述系統(tǒng)基于光纖傳感器，采用Profibus和Ethernet構成系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡，以PLC構成系統(tǒng)底層控制站，完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)實時采集和過程控制，通過Web數(shù)據(jù)庫技術和ASP技術的結(jié)合將油庫的安全狀態(tài)參數(shù)以及報警參數(shù)通過Internet查看，實現(xiàn)油庫的遠程監(jiān)測。
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