摘 要：國(guó)內(nèi)發(fā)生的幾起油庫(kù)爆炸事故，使人們逐漸認(rèn)識(shí)到油庫(kù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及信息及時(shí)反饋的重要性和迫切性。本文根據(jù)我國(guó)目前的實(shí)際情況，在對(duì)影響油庫(kù)安全的部分物理參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，提出了通過(guò)光纖傳感器以及profibus和Internet網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)進(jìn)行油庫(kù)監(jiān)測(cè)的解決方案，可實(shí)現(xiàn)對(duì)油庫(kù)狀態(tài)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)及時(shí)反饋油庫(kù)安全的重要參數(shù)。 關(guān)鍵詞：光纖傳感器 Profibus網(wǎng)絡(luò)　遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)　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(kù)，這些油庫(kù)是企業(yè)重要的燃料基地，是一個(gè)重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。各種油庫(kù)的建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，造價(jià)也越來(lái)越高，為了確保油庫(kù)的安全，必須要對(duì)影響油庫(kù)安全的部分物理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)油庫(kù)的自動(dòng)化管理。能及時(shí)掌握油庫(kù)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(kù)的進(jìn)油，儲(chǔ)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(yīng)用價(jià)值。通過(guò)對(duì)液位、溫度、壓力、油氣濃度等狀態(tài)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在智能儀表上實(shí)時(shí)顯示并設(shè)置報(bào)警值，在越過(guò)限值時(shí)即可產(chǎn)生聲光報(bào)警。此外這些狀態(tài)值也可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸，有訪問(wèn)權(quán)限的管理者可以在任何地方通過(guò)瀏覽器查看油庫(kù)的安全參數(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 2 油庫(kù)狀態(tài)參數(shù)的采集 　　油庫(kù)灌區(qū)一般是庫(kù)區(qū)的最危險(xiǎn)部位，具有極高的安全要求。油料是易燃、易爆，對(duì)防爆要求特別高，液位和油溫使用電儀表難以安全的實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。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(jìn)行各種物理量的測(cè)量裝置，在易燃、易爆區(qū)域有極高的安全系數(shù)。因此對(duì)于液位、溫度、壓力等物理參數(shù)我們使用光纖傳感器來(lái)測(cè)量。 　　2.1 液位狀態(tài)參數(shù) 　　油庫(kù)的儲(chǔ)油設(shè)備通常是用具有極高安全參數(shù)的油罐，其儲(chǔ)油液位的監(jiān)測(cè)是油庫(kù)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(jì),該產(chǎn)品在易燃易爆環(huán)境中有極高的安全系數(shù)。 [align=center] 圖1 液位計(jì)通訊接口原理圖[/align] 　　2.2 溫度狀態(tài)參數(shù) 　　溫度信號(hào)有GCM型光纖光柵溫度傳感器獲得，通過(guò)安全柵或隔爆變送器將信號(hào)變成4-20mA模擬量送至PLC 的ET200S模塊的AI接口。 [align=center] 圖2 溫度變送器至PLC原理[/align] 　　2.3 油氣濃度狀態(tài)參數(shù) 　　油庫(kù)的罐區(qū)是防火、防爆的重點(diǎn)區(qū)域。可燃?xì)怏w報(bào)警裝置用于探測(cè)灌區(qū)的可燃?xì)怏w濃度，在達(dá)到危險(xiǎn)程度前報(bào)警，是防火、防爆、預(yù)防油氣泄漏的強(qiáng)有力的手段。根據(jù)具體的情況，選用ES2OOOT-C系列可燃?xì)怏w報(bào)警裝置?？扇?xì)怏w報(bào)警信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)4—20mA DC信號(hào)，可以通過(guò)安全柵連接至PLC。 [align=center] 圖3 可燃?xì)怏w報(bào)警信號(hào)測(cè)量原理圖[/align] 3 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體構(gòu)架 　　3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 　　由于目前油庫(kù)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(gè)油庫(kù)的儲(chǔ)油和安全狀態(tài)參數(shù)，必須為每個(gè)油罐安裝相應(yīng)的傳感器以及為油罐區(qū)安裝油氣濃度火災(zāi)報(bào)警裝置，使之組成一個(gè)完整的傳感器網(wǎng)絡(luò)。負(fù)責(zé)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(gè)分布式系統(tǒng)，并且該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需具備遠(yuǎn)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)也是非常重要。綜合上述考慮，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下： [align=center] 圖4 油庫(kù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　系統(tǒng)的控制核心是西門子S7-400 PLC和庫(kù)區(qū)監(jiān)測(cè)PC（Profibus-DP 1類主設(shè)備），其DP口通過(guò)DP電纜與總線模塊ET200S進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。ET200S通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件和傳感器系統(tǒng)將系統(tǒng)主要監(jiān)控參數(shù)采集進(jìn)來(lái)，通過(guò)最高12Mbit/s的Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂破鳎刂破鞲鶕?jù)具體工藝要求進(jìn)行處理，再通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)將控制傳給ET200S，實(shí)現(xiàn)各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)元件的控制流程。庫(kù)區(qū)監(jiān)測(cè)PC負(fù)責(zé)監(jiān)控Profibus-DP從設(shè)備并獲得各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，供WEB服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)，而遠(yuǎn)程客戶機(jī)通過(guò)Internet請(qǐng)求WEB服務(wù)器的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)油庫(kù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。 　　3.2 系統(tǒng)硬件組成 　　系統(tǒng)硬件分兩個(gè)部分，即傳感器和PLC組成的數(shù)據(jù)采集部分，服務(wù)器與客戶機(jī)組成的數(shù)據(jù)傳輸和處理部分。 　　傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵之一，由于油庫(kù)是易燃易爆場(chǎng)地，因此我們的選取必須滿足一定的安全等級(jí)。我們選擇了適合易燃易爆場(chǎng)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(diǎn)型可燃?xì)怏w探測(cè)器來(lái)獲取油庫(kù)狀態(tài)參數(shù)。 　　在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)PLC組成Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使用Profibus通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸。Profibus-DP屬于設(shè)備總線，主要應(yīng)用于復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和分布式I/O，物理結(jié)構(gòu)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(zhǎng)到10KM，最多能掛接127個(gè)站點(diǎn)。在管理級(jí)，PLC和PC機(jī)構(gòu)成以太網(wǎng)，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)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(fù)責(zé)對(duì)傳感器和監(jiān)測(cè)元件傳輸?shù)絇LC實(shí)時(shí)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(lái)編寫，它包括主控監(jiān)測(cè)畫面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線、報(bào)警記錄，并及時(shí)的把監(jiān)測(cè)到的油罐液位、溫度和監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的油氣濃度等狀態(tài)參數(shù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。 　　數(shù)據(jù)傳輸軟件采用B/S結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu), 它是隨著因特網(wǎng)技術(shù)的興起對(duì)C/S 結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變或改進(jìn)的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下, 用戶工作界面是通過(guò)Web 瀏覽器（如Internet Explorer, Netscape 等） 來(lái)實(shí)現(xiàn), 極少的事務(wù)邏輯在瀏覽器端實(shí)現(xiàn), 主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn), 形成所謂三層結(jié)構(gòu)。這樣就大大簡(jiǎn)化了客戶端的系統(tǒng)配置載荷, 減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)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： [align=center] 圖5 數(shù)據(jù)流向圖[/align] 　　該軟件在Microsoft Developer Studio開發(fā)環(huán)境下用Visual C#開發(fā)的ASP.NET應(yīng)用程序，ASP.NET是在服務(wù)器端嵌入腳步語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)交互的技術(shù)。利用服務(wù)器端腳本可以建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接，并根據(jù)特定條件從數(shù)據(jù)庫(kù)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(wù)器腳本不依賴于任何瀏覽器和用戶使用的平臺(tái)。 4 結(jié)束語(yǔ) 　　油庫(kù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)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(gòu)成系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)，以PLC構(gòu)成系統(tǒng)底層控制站，完成生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和過(guò)程控制，通過(guò)Web數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和ASP技術(shù)的結(jié)合將油庫(kù)的安全狀態(tài)參數(shù)以及報(bào)警參數(shù)通過(guò)Internet查看，實(shí)現(xiàn)油庫(kù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。 參考文獻(xiàn)： 　　【1】張志鵬，W.A.Gambling. 光纖傳感器原理[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1991. 175-184 　　【2】廖言彪. 光纖傳感器發(fā)展近況. 2000年6月第13卷第3期. 27-29 　　【3】梁長(zhǎng)垠，孫光.基于光纖傳感器的多通道油位測(cè)量系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2005，21（3）： 26-29 　　【4】Introduction to PROFIBUS Networks.SIMENS AG, 1997 　　【5】ET ZOOM Distributed I/O Device Manual.SIEMENS AG, 1997 　　【6】鄭宇軍，等. VISUAL C#案例教程.北京希望電子出版社，2002. 　　【7】啟明工作室編。MIS系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用. 人民郵電出版社，2005