油罐自動測量系統(tǒng)方案對比研究

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

油罐自動測量系統(tǒng)方案對比研究

俞星吉1齊 亮2

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

本文分析了油罐自動測量系統(tǒng)的基本方法和傳感器選型，重點討論了ENRAF和ROSEMOUNT公司自動測量系統(tǒng)的功能、特點和測量方案，并對兩種自動測量系統(tǒng)進行對比研究，給出了不同方案下系統(tǒng)可實現的測量功能。

油罐；液位測量；傳感器

1 系統(tǒng)描述

目前，油庫油罐自動測量系統(tǒng)主要采用ENRAF公司和ROSEMOUNT公司的自動測量系統(tǒng)，兩者產品的基本功能和構成方式大體相同，主要由液位、溫度和壓力等測量儀表以及罐旁顯示單元、現場總線通訊接口、控制操作站、數據服務器、測量軟件等組成。

油罐自動測量系統(tǒng)通常采用混合法油罐計量方式，由先進的高精度液位和靜壓力測量儀表共同組成。它利用先進的伺服或雷達液位計測得油罐準確的液位L；利用智能壓力傳感器準確測量油罐底部的壓力P；利用多點溫度傳感器測得平均溫度，即可推算出油料體積V、密度ρ和質量m，測量原理如圖 1所示。

測量系統(tǒng)硬件由液位、溫度和壓力傳感器以及信號接線端子、現場通訊單元、協議轉換器、現場控制操作站（SCADA系統(tǒng)）、網絡交換設備等組成。各油罐安裝的液位測量傳感器通過現場總線接口與現場通訊單元的底層總線相連，實現各油罐液位、壓力測量等信號的綜合采集。油罐自動化測量系統(tǒng)的準確度主要取決于壓力測量準確度。壓力儀表的準確度都是相對于滿量程，儀表量程與罐高一致，以保證低液位時的測量精度。溫度測量點根據不同大小的油罐進行設置。10000、20000立方油罐設5點溫度測量；5000立方罐設3點溫度測量；1000立方罐設2點或1點。

2 油罐自動測

量系統(tǒng)方案對比

2.1 ENRAF液位計方案

ENRAF液位自動測量系統(tǒng)中主要由油罐測量傳感器、現場接線盒、通訊單元CIU、MODBUS網關、交換機和測量軟件等組成，其中每一個油罐采用進口超高精度伺服液位計、靜壓力表和多點溫度計進行油料體積和質量的測量，如圖2所示。

信號采集方式：采用ENRAF專用接線盒將ENRAFBPM現場總線和多套液位計、多點溫度計、壓力變送器相連，由罐區(qū)專用防爆接線箱將液位測量信號通過專用信號電纜直聯到信息中心的CIU輸入接口，CIU最多提供四個接口與罐區(qū)相連。利用CIU的兩個輸出接口（RS232或RS485可選）進行油罐自動測量系統(tǒng)的集成，實施的具體方案為：一路輸出接口在信息中心與液位測量控制操作站相連，運行ENTIS庫存管理軟件，顯示各油罐的液位等信息，保持原液位測量的全部功能；另一路輸出接口在信息中心通過網關和數據庫服務器直聯，實現油罐信息集成，滿足油庫信息建設要求。該方案能提高油罐自動測量系統(tǒng)冗余度。

圖1 油罐液位測量系統(tǒng)構成

圖2 ENRAF液位自動測量系統(tǒng)

圖3 ROSEMOUNT液位自動測量系統(tǒng)

在多罐區(qū)集成測量中，也可通過訪問ENTIS庫存管理軟件生成的數據庫文件（Access數據庫），實現液位測量集成，該方案將要編制數據庫訪問程序，測量系統(tǒng)冗余度相對要弱。

2.2 ROSEMOUNT液位儀方案

ROSEMOUNT液位自動測量系統(tǒng)中主要由油罐雷達測量傳感器、現場接線盒、通訊單元FCU2160、MODBUS網關和交換機、測量軟件等組成，其中每一個油罐采用進口超高精度雷達液位計、靜壓力表和多點溫度計進行油料的體積和質量測量。

雷達液位自動測量系統(tǒng)信號采集方式：采用ROSEMOUNT專用接線盒將TRL/2現場總線和多套液位計、多點溫度計、壓力變送器相連，由罐區(qū)專用防爆接線箱將液位測量信號通過專用信號電纜直聯到信息中心的FCU2160輸入接口，FCU2160最多提供四個現場總線接口與罐區(qū)雷達液位傳感器相連。利用FCU2160的兩個輸出接口（RS232或RS485可選）進行油罐自動測量系統(tǒng)集成，實施的具體方案為：一路輸出接口在信息中心與液位測量控制操作站相連，運行TankMaster測量軟件，顯示各油罐的液位等信息，保持原液位測量的全部功能。

另一路輸出接口在信息中心通過MODBUS網關和數據庫服務器直聯，實現油罐信息集成，滿足油庫信息建設要求。該方案能提高油罐自動測量系統(tǒng)冗余度。

在多罐區(qū)集成測量中，，也可通過訪問TankMaster自動測量軟件的OPC（OLE for Process Control）接口，實現液位測量的集成，該方案將要編制OPC接口訪問程序，測量系統(tǒng)冗余度相對要弱。

3 實現功能

3.1 儲油罐實時監(jiān)測與計量

儲油罐狀態(tài)實時監(jiān)測：儲油罐液位、界位、溫度、平均溫度等多參數及狀態(tài)實時監(jiān)測；收發(fā)油作業(yè)狀態(tài)實時監(jiān)測。

儲油罐狀態(tài)實時報警：高低液位預報警、報警，水位超高預報警、報警；溫度上限報警；壓力上限報警；混油報警；泄漏報警等。

儲油罐實時計量：依據液位、界位、罐容表和體積修正系數計算油料容積；依據容積、密度和密度修正系數，計算油料質量。體積、質量棒狀圖和數據表顯示，液位、溫度等參數的數據表、實時曲線和歷史曲線顯示。

3.2 系統(tǒng)參數設定與修改

儲油罐區(qū)參數設定和修改：儲油罐數量、標號設置，油料種類增減、運轉狀態(tài)設置，標準密度設置，通道定義、通訊參數設置，儲罐分區(qū)管理定義等。

儲油罐參數設定和修改：儲油罐高度、安全高度、油料種類、液位和界位基準零點、液位和界位高低報警值等設定和修改；儲罐容積表設定、修改和自動修正。

3.3 儲油罐信息自動管理

基于系統(tǒng)數據庫，實現儲油罐信息自動存儲、查詢、統(tǒng)計、分析、預測、報表生成、預覽及打印等功能。該功能主要由設置在信息中心的油罐信息控制操作站完成，也可在權的其它SCADA工作站進行儲油罐信息自動監(jiān)測、顯示和管理，工作站的報表生成、預覽及打印功能由系統(tǒng)授權決定。

3.4 油罐液位計通訊狀態(tài)顯示

在油庫管理系統(tǒng)中，為了及時了解油罐自動測量系統(tǒng)通訊設備的工作狀態(tài)，在上層網絡平臺上將設置通訊設備狀態(tài)SCADA工作站，通過SCADA系統(tǒng)和現場通訊單元（CIU或FCU）的通訊，實時監(jiān)測液位測量系統(tǒng)的通訊狀態(tài)，并加以顯示，提高了液位測量系統(tǒng)的可靠性、可維護性和綜合監(jiān)測能力。網絡運行狀態(tài)監(jiān)測信息能通過SCADA界面顯示網絡拓撲結構和運行狀態(tài)，實現狀態(tài)信息的存儲、查詢等功能。

結語

本文以ENRAF和ROSEMOUNT公司油罐自動測量系統(tǒng)為例，分析了油罐自動測量系統(tǒng)的基本方法和組成；針對兩者傳感器的不同功能特點，重點研究了兩個公司自動測量系統(tǒng)的基本測量和系統(tǒng)實現擴展測量的方案；給出了儲油罐實時監(jiān)測與計量、系統(tǒng)參數設定與修改、儲油罐信息自動管理和油罐液位計通訊狀態(tài)顯示等重要功能，對油庫多油罐系統(tǒng)進行綜合監(jiān)測與控制具有指導作用。

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

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

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

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