無線變送器在合成氨裝置中的成功應用

楊松柏，方坤，王俊杰

(中國石油塔里木油田分公司 塔西南儀表運行維護工程部,新疆 澤普 844804)

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無線變送器在合成氨裝置中的成功應用

楊松柏，方坤，王俊杰

(中國石油塔里木油田分公司 塔西南儀表運行維護工程部,新疆 澤普 844804)

摘要：詳細介紹了無線變送器、網(wǎng)關等無線產(chǎn)品的工作原理及技術特點，針對二氧化碳再生塔、吸收塔采用有線儀表的現(xiàn)狀和存在的問題進行了分析，優(yōu)選了無線改造方案，對二氧化碳再生塔和吸收塔進行了無線設備的安裝、網(wǎng)絡組建、系統(tǒng)組態(tài)及調試。通過改造有效解決了引壓管線凍堵造成的測量不準確問題，提高了現(xiàn)場儀表的準確性和穩(wěn)定性，節(jié)約了成本，減少了維護量，且安裝、調試方便。

關鍵詞：無線變送器儀表網(wǎng)關傳感器

無線變送器采用自組織網(wǎng)絡通信架構，其性能可靠、安全。通過無線通信方式，可對敷設電纜困難的設備和區(qū)域進行監(jiān)測，從而有效提升了工廠的維護水平，避免了事故停機，優(yōu)化了設備性能，降低了維護量。某合成氨裝置中重要的生產(chǎn)單元二氧化碳再生塔、吸收塔的差壓測量采用了無線變送器，分別安裝在塔頂和塔底，測量塔頂、塔底差壓，通過網(wǎng)關采用Modbus方式將數(shù)據(jù)送至DCS，然后由DCS進行差壓計算，目前5塊無線變送器使用正常。

1儀表無線技術概述

1.1基本構成

1) 現(xiàn)場測量單元。包括無線變送器、無線位置開關等無線儀表，用于現(xiàn)場設備的溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)的采集。

2) 信號接收和轉換單元。無線變送器采集來的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)處理和轉換。

3) 信號傳輸單元。網(wǎng)關處理完成的數(shù)據(jù)通過雙絞線傳送至控制室內的通信卡。

4) 通信單元。通信卡由DCS或者PLC系統(tǒng)廠商提供，通信方式支持Modbus(TCP和RTU)，OPC，HTTP等。

5) 組態(tài)單元。利用組態(tài)軟件對無線變送器的地址、傳輸速率等相關參數(shù)進行設置。

1.2技術特點

1) 低能耗傳感器。具有先進的傳感器電子元件、超低功耗的內置微波發(fā)射元件，能保證可靠的通信；實現(xiàn)獨特的能源管理最小化電能消耗，自組織網(wǎng)絡的設備，可快速同步喚醒、同步休眠，網(wǎng)關1420動態(tài)優(yōu)化整個網(wǎng)絡的電源消耗，平衡各設備的負荷，無線變送器電池可用5～15 a。

a) 網(wǎng)絡管理。具有簡單強大的安全網(wǎng)絡，采用密鑰輪換管理，VPN虛擬專用網(wǎng)絡，網(wǎng)絡易組建和擴展。

b) 數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)的可靠性大于99%，能夠記錄和保存用戶歷史數(shù)據(jù)、歷史趨勢，與DCS采用多種方式通信，如Modbus(TCP和RTU)，OPC，HTTP，具有用戶預警功能。

c) 設備管理。組態(tài)簡單方便，具有設備自診斷功能。

d) 大容量。設備容量足夠大，一個網(wǎng)關可以帶100臺無線設備。

3) 采用自組織Mesh網(wǎng)絡結構。具有精確時間同步網(wǎng)格架構(TSMP)，采用IEEE 802.15.4和調頻技術，具有全面的安全措施，通信安全可靠，幾乎適應所有的干擾環(huán)境，同其他無線網(wǎng)絡友好共存，當系統(tǒng)設備發(fā)生變化時，能自動重新完成組態(tài)，無需人工介入?，F(xiàn)場網(wǎng)絡物理層協(xié)議，2.4 GHz ISM頻段。冗余的數(shù)據(jù)通信路徑，可以消除單點故障，用于監(jiān)測、開環(huán)控制、閉環(huán)控制，系統(tǒng)最大規(guī)模100 000個節(jié)點。

1.3優(yōu)點

1) 節(jié)約成本。

a) 減少自動控制室硬件及空間。由于數(shù)據(jù)傳送只需要1根電纜，節(jié)約了機柜和卡件，同時節(jié)省了控制室的空間。

復合型人才的培養(yǎng)離不開高素質的師資隊伍，培養(yǎng)復合型信息與計算科學人才，對師資隊伍提出了很大挑戰(zhàn)．需要制定師資隊伍建設新方案，針對高素質復合型人才培養(yǎng)的要求，構建適應復合型人才培養(yǎng)的師資結構．一方面，要加強對骨干教師的專業(yè)培訓，同時制定激勵措施，鼓勵專業(yè)教師到企業(yè)一線鍛煉或有計劃地選派有潛質的青年教師直接參與企業(yè)的項目實踐；另一方面，聘請校外一些優(yōu)秀的數(shù)據(jù)挖掘工程師、軟件工程師、實踐經(jīng)驗豐富的培訓講師等兼職任教、合作研究，擴大復合型人才培養(yǎng)的師資力量．

b) 節(jié)省材料。普通變送器每1臺都必須有2根信號線，無線網(wǎng)絡到網(wǎng)關只需1根雙絞線和普通電源線到控制室，節(jié)省了電纜及相關的配置，如繞管、接頭等。

c) 節(jié)省硬件安裝費用。連接電纜及相關配置減少，直接減少了安裝及調試費用。

d) 縮短項目時間。新項目中快速處理設計延遲及臨時變更；自控系統(tǒng)快捷和低成本升級；與已存在系統(tǒng)RTU，PLC及任何DCS無縫集成。

2) 安裝、調試方便。無線儀表在運行期間安裝不會影響裝置的正常運行，且不需要敷設電纜，只需安裝變送器，簡單方便。無線儀表的安裝和常規(guī)儀表安裝方式相同，技術人員不需額外培訓，從而加快了無線儀表安裝和調試的進度。

3) 減少維護量。由于無線變送器基本都直接裝在管道上，沒有引壓管線，不需要保溫伴熱，因而不存在凍表的情況，日常維護幾乎沒有。

4) 方便擴容。如果還需要安裝其他無線儀表，可在現(xiàn)場直接安裝，系統(tǒng)組態(tài)即可，對現(xiàn)有無線儀表系統(tǒng)無影響。

2二氧化碳再生塔和吸收塔存在的問題

二氧化碳再生塔、吸收塔是化肥廠的重要生產(chǎn)單元，塔高約40 m，對二氧化碳再生塔、吸收塔的壓力監(jiān)測均采用普通差壓變送器完成。由于地處西北地區(qū)，冬季氣溫較低，引壓管線(長達50 m)經(jīng)常被凍堵，由于采用的是蒸汽伴熱，伴熱管線也常出現(xiàn)凍堵的情況，儀表安裝在塔上，位置較高，空間較狹窄，不方便作業(yè)，且存在很大風險。處理伴熱管線和儀表管線凍堵通常要花費數(shù)天的時間，導致儀表無法正常工作，吸收塔壓差超過40 KPa，就會造成泛塔，合成工藝及尿素工藝必須停車處理，嚴重影響了合成氨裝置工藝安全生產(chǎn)和正常操作，造成產(chǎn)品質量波動，尿素產(chǎn)量下降，給工廠效益帶來很大損失。

3差壓系統(tǒng)的改造

3.1設備的安裝

1) 二氧化碳吸收塔設入口壓力、出口壓力無線變送器共2臺，分別位于吸收塔中部和頂部，安裝好三閥組和變送器，用石棉繩和玻璃布將無線變送器根部包好，打開正壓室和負壓室閥門，關閉平衡閥，投用儀表。

2) 二氧化碳再生塔設入口壓力、出口壓力、頂部壓力無線變送器共3臺，分別位于再生塔中部、頂部和壓縮廠房外平臺，安裝好三閥組和變送器，用石棉繩和玻璃布將無線變送器根部包好，打開正壓室和負壓室閥門，關閉平衡閥，投用儀表。

3) 在壓縮廠房外平臺合適位置設好網(wǎng)關，要保證能搜索到所有無線變送器。

4) 為了保證信號傳輸?shù)陌踩煽浚枰?根雙絞線，當1根雙絞線出現(xiàn)故障時，更換另1根雙絞線使用，保證信號傳輸?shù)臅惩ê蛢x表的正常使用。

3.2系統(tǒng)組態(tài)及調試

1) 現(xiàn)場無線變送器設置好量程、工程單位、阻尼時間等參數(shù)，完成一次表的組態(tài)。

2) 用艾默生智能設備管理軟件或利用1420網(wǎng)關的Web頁面，完成網(wǎng)關的組態(tài)。

3) 在系統(tǒng)的通信卡組態(tài)里分配好5塊無線變送器的地址，地址不能和其他地址有沖突。

4) 調整通信卡撥碼開關到兩線制位置，按通信卡上端子順序接好信號線，正常時指示燈綠色，且不停閃爍。

5) 所有組態(tài)和調試完成后，監(jiān)視儀表測量值，如果測量值準確無誤，整個系統(tǒng)安裝調試完成，聯(lián)系工藝人員設備投用。

4結束語

該項目從2008年8月投入運行至今，測量結果準確穩(wěn)定，無線網(wǎng)絡設備運行正常。通過對二氧化碳吸收塔、再生塔儀表的改造，徹底解決了儀表引壓管線凍堵造成測量不準確的現(xiàn)象，提高了現(xiàn)場儀表的準確性和穩(wěn)定性，同時減少了儀表維護量，節(jié)約了成本。

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中圖分類號：TP212

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)01-0074-02

作者簡介：楊松柏(1978—)，男，四川綿陽人， 2003年畢業(yè)于西南石油學院計算機科學與技術專業(yè)，現(xiàn)就職于中國石油塔里木油田分公司塔西南儀表運行維護工程部，任工程師。

稿件收到日期： 2015-10-17，修改稿收到日期： 2015-12-10。