【摘要】近几年来，由于经济的快速发展，化石燃料被高效地使用在各个领域，而在油气储运的过程中，如何使得复杂的运输工作没有出现严重的安全漏洞，就需要利用现场总线技术的发展，采用多种典型的现场总线技术，结合控制系统FCS，运用合理的结构，尽可能地实现网络集成的分散控制，不仅可以节省硬件的投资和电缆设备的过度消耗，而且还可以保障数据传输的准确性和稳定性，保障油气储运工作顺利完成。
【关键词】现场总线技术；油气储运；工程；应用
现场总线技术，早在20世纪八九十年代，就已经在国际上非常流行，在全过程应用自动化工作现场智能设备互相连接的过程中，其作为主要的通讯网络，替代了很多传统的数字通讯模式。现场总线技术是基层的网络技术，也是一种开放式的分布控制技术，国际上有很多先例。而在中国，巧妙地利用现场总线技术，在油漆储运工程中实现短帧传送，并满足现代油气储运工作中信息交换频繁的要求，在近几年来成为人们广泛关注的热点。
1现场总线技术的发展及介绍
现场总线技术，随着计算机控制技术、通信网络发展等的快速发展，在信息交流和共享领域内快速的覆盖了很多现场设备，实现了层到层、管理到管理的不同层次延伸，覆盖面非常广泛。现场总线技术在结合信息技术飞速发展的过程中，逐渐引起自动化系统结构的变革，以网络集成的自动化为应用基础，从信息系统交流的角度，利用微机化测量控制实现设备与设备之间的双向串联连接。现场总线技术的应用，目前参照国际电工委员会IEC61158统一的数据化标准，要求在油气储运的过程中，所有储运制造区域的现场装置，以及室内的资本控制装置之间，都采用多点通信的连接方法，数字式的串行连接达成复杂环境下的总体现场布线。现场总线技术一般会使用专业化的微处理器，利用传统的测量控制仪表，将测量控制仪表的自动化控制要求以专用的微处理器连接，虽然这种连接方式看似比较简单，一般来说，在技术应用过程中会使用双绞线作为连接总线，但是在使用多个测量控制仪表连接成网络系统状态后，就会自动形成公开规范的数据交流通信协议。现场总线技术之所以能够很好的应用于油气储运环节和工程之中，就是因为现场总线技术，可以连接现场仪表与传统的监控计算器，将测量仪表的数据传输以最快的速度实现信息交换，可以将单个分散的测量单元变成网络状的多个节点，在油气储运的过程中，由于现场工程的复杂性和安全要求标准较高，利用现场总线技术就可以将总线作为工程信息交换的纽带，在连接的过程中由于相互沟通的信息速度很快，交换机反馈速度也很快，甚至可以完成自动自控任务，因此该网络系统可以实现集成式的数字控制效果，并且成为新一代的工程现场电子控制系统。
2适用于典型油气储运工程的现场总线技术
现场总线技术通过双绞线的连接，打破了传统的控制系统固有的结构形式，在油气储运现场，采用智能的现场设备可以把原先DCS系统中控制器的控制模块植入到现场设备之中，该系统有较强的开放性，而且可以根据用户每一次不同油气储运的需求而有所改变，也可以根据供应商产品的组成大小来进行系统准的调整。
2.1基金会现场总线布线技术
基金会现场总线布线技术，简称FF，这是一种在过程自动化领域内得到广泛支持的技术，他以ISO/OSI开放系统模型为基础，在物理层数据连接链路层，应用FF通信模型，配备不同的层次，而且在应用层上加入了用户层的实际需求。应用在油气储运过程中，该用户层可以有针对性的对于自动化监控和测量的应用要求进行智能判别，由于设备描述语言规定了通用的功能模块，因此更加适用于工业现场以及储运现场的网络功能需求。由于基金会现场总线的规范具有一定的权威性，目前，被广泛的使用在很多工业工程领域，通常其所应用的使用标准为，使用总线H1低速率31250bps传输，支持总线供电，并且从本质安全防爆环境上予以规定。这种低速率的传输，可以延长中继器通信距离高达2千米。同时，也可以采用H2高速率的通讯速率来进行传输，这种通讯速率甚至能达到1-2.5×106bps，在这种高速率的传输环境中，物理传输介质可以使用双绞线或者光缆来匹配其物理发生要求，一般只要符合物理传输协议标准，那么其传输信号采用的是曼彻斯特编码，其通信协议的一般标准为IEC1158-2。
2.2LonWorks现场总线布线技术
这种总线布线技术早在1990年就被正式公布其标准，它是一种非常强大的现场总线技术，应用的模型同样采用ISO/OSI开放系统模型为基础，但是在模型的分层方面做得非常细致，一般分为7~8层通信协议，在面向油漆储运过程中其，服务对象的设计方法是结合网络变量将网络通信设计简化为具体的参数设置。LonWorks现场总线布线技术的直接通信距离很长，最高时可以达到2700米，而且同样采用双绞线，光缆光纤或者射频电力线等作为通信介质。高速率的网络传输速度是LonWorks现场总线布线技术的一个重要特点，研究表明其通信速率可以达到0.003~1.5×106bps，该现场总线布线技术更适用于对于物理载体要求较高的油气储运环境，其实可以支持的通信介质包含有光纤射频，红外线同轴电缆，电力线，双绞线等等多种材质，而且有助于从本质上建立安全防爆的处理机制，在尤其处于现场的大量工程实践中可以发现，LonWorks现场总线布线技术是可以应用于多样化环境的通用性网络控制技术，该现场总线布线技术的应用范围相对比较广泛。
2.3PROFIBUS现场总线布线技术
PROFIBUS现场总线布线技术是建立在德国国家标准和欧洲这两种标准之上的现场总线布线技术，这两种布线技术通常应用于比较分散的、外设距离比较远的，油气储运环境之中，或工业的自动化领域之内。国家标准对于现场总线技术的布线标准和各个流程要求比较严格，要求能够借助FMS完成对于现场信息的规范化传输。PROFIBUS现场总线布线技术可以被有效的应用于大量的长距离楼宇、可编程控制器和低压开关的使用环境之中，在PROFIBUS现场总线布线技术日益发展的过程中，大量的这些企业都采用了这种布线方式，并且在标准上进行了不断的细化和完善。目前比较公认的在油气储运现场实行PROFIBUS现场总线布线技术的方法，参照的标准是IEC1158-2.。该布线技术的关键在于，应用油气储运安全管理工程师要考虑到传输的最大效率以及传输模拟的各个分层，常用的数据链路层应该与应用层之间结合，据科学测量发现，PROFIBUS现场总线布线技术传输的速率为9600~12×106bps，最大传输距离在传输速率有所改变时，也将发生变化，其中最高的传输距离可达到400~450米。使用该种现场总线布线技术，都会利用中继器来延长最后的信号传播距离。PROFIBUS现场总线布线技术可以挂接约130个站点，因此，其应用范围较为广泛，在油气储运，储运地点相对比较分散的时候，利用该现场总线布线技术，可以实现总线供电的本质性安全需求。
2.4CAN和HART现场总线布线技术
CAN和HART现场总线布线技术，这两种现场总线布线技术的应用范围相对比较狭窄，但是，HART现场总线布线技术的发展潜力却非常极大。CAN现场总线布线技术，往往结合国际ISO标准，制定为专业化的国际发展规范，在离散式的控制区域之内，该协议可以建立开放的系统互联模型。但是不可否认的是，其信号传输介质同样为双绞线，而如果只采取OSI底层的物理层和数据链路层作为连接基础，那么通信速率有可能会受到一定程度的影响。研究者认为通信速率每40米高达1×106bps将会达成最佳的数据信息传输和交换效果，但是这种传输技术及现场总线部件技术在配合过程中可挂接的站点数量并不是很多，最多能达到110个站点，比较适合中小型的油气储运过程。HART现场总线布线技术，是一种可以根据地址的传感和模拟信号来实现数字信号通信的系统，这种协议和系统目前有较强的市场竞争力，但是在发展的过程中面临的是现有的模拟信号，在传输时是否能实现具体工程应用的问题。事实上，HART现场总线布线技术目前的应用仍然处于初级阶段，虽然发展速度较快，但是很多中大型的油气储运工程项目，对于这种现场总线布线技术的应用还是不够广泛，其研究需要结合具体的案例进行。
3结合具体案例探讨现场总线布线工程的应用关键点
长效的现场总线布线将会管道的设计方案是否优化，对于输送成品油过程中所产生的一些常见事故可以起到预防的作用。现场总线技术是当今自动化领域之内非常成熟的技术，利用数字传输信号替代了模拟的传输信号，多种多样的现场总线布线技术可以满足不同的工程发展需要，而一般来说，油气储运现场的储运罐之间信号的连接，监控和分配资源的连接，都需要现场总线布线技术的有机整合。
3.1兰州-重庆输油管道油气储运案例
兰州-重庆输油管道全面开展油气储运自2001年开始筹备，到2002年9月份正式投入使用，这一条距离非常长的油气储运管道全长大约1300km，设计的油气输送量约为预计500×104t/a。其油气储运的类型一般为0号柴油，90号汽油，93号汽油，且围绕该输送管道，全线设有16座工艺站场，围绕兰州林朝，成都内江等等输送泵站，树立了很多油气储运大罐。仅仅在兰州首站就有14座油气储运罐，在施工现场，由于每一个施工油气罐的灌区面积都很大，因此为了控制输送成品油的液位测量仪表，应用现场总线布线技术，使用具体的总线布线技术，可以很好的监测油罐区的液位监测并控制预防各类安全事故。在这一工程实践案例中，人们希望能够达成对于现场安装、调试、具体使用的费用减免，在大量节约电缆电线投资的过程中，控制工程施工的成本。更重要的是，由于油气储运工程的使用寿命比较长，因此，在具体的实践和使用案例中，希望能够延长该工程现场布线的寿命，因此如果配合数据总线，将上述数据汇集到现场，必须要通过接线箱的连接，最终将数据控制结果上传总控制室。而这一传输的过程不能耗费过多的数据总线，同时又应该采用简单的结构，保证数据传输的准确性和稳定性，杜绝数据和信息的流失。
3.2现场总线技术调试、安装和应用的分析
中国幅员辽阔，地区之间的差异较大，而很多原油及成品油制品都是由西部地区输送到中部和东部地区的，为了满足各个地区人们对于油气和化石燃料产品的使用需求，必须要采用更加优化的储存和运输方案。根据不同的成品油种类特点，实现在全国范围内更为合理的油漆采购和提炼计划，国际上有很多有实力、影响的油气储运公司都在不同程度上实现了成熟的现场总线技术产品开发，无论是使用单一的现场总线布线技术还是使用第5代控制系统相结合的多元化现场总线控制系统，都应该尽可能的突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。兰州-重庆输油管道油气储运兰州站设置有14座油气储运罐，这些储运罐的线路连接异常复杂，且要求有多个回路，每一个储运罐旁边都会有指示仪表和平均温度计，时刻监测油气储运罐内液位的变化。经过多次数据模拟可以发现，最优先使用的现场总线布线技术应该是HART总线接收方式，因为该布线方式可以很好的利用NMS5伺服液位计，不仅可以很快的接收平均温度计的温度信号，而且还可以与储运罐旁边的指示仪器仪表交换储运及液位变化的监控信号。整个油气储运现场设置有两条较为复杂的回路，这种回路通过接线箱内的信息变化，最终传递至油气储运现场的总控制室。在兰州油气储运工程控制，现场安装及调试的过程中，多年来的控制经验表明，采用现场总线控制技术，不仅可以节约大量的电缆和光纤，而且在安装维护，后期保养时也可以降低故障率，降低使用费用，减轻维护工作量，可以保证数据传输的准确性和稳定性，而且实现智能化的监控数据交换。在更长的油气储运工程的具体应用过程里，有的工程可能需要对于原油进行二次加工和加热，另外由于兰州储运罐体系输送的成品油种类较多，在运输的过程中很有可能产生火油，如果出现混油，就应该及时有效的处理，调查清楚疏松的具体批次和批量。这是为了在输送过程中尽可能减少损失的准备工作，利用最优化的油气储运分配原则，合理的进行商品油库的规划，同时做好线路的合理布局，从而能够在最优的设计管理保障之下，结合相关辅助设备的数量和质量，做好成品油的最佳储运方案。
4总结
现场总线布线技术，在当今的工业自动化领域，油气储运技术发展领域被誉为新时期的热点，它打破了自动化领域内计算机连接的壁垒，成就了计算机自动化信息交换局域网络的实现基础。实现彻底的分散控制，采用数字传输信号来代替模拟的传输信号，将获得更为简化而精准的拓扑结构，从而可以使现场总线的全数字控制系统，成为新时期自动控制系统发展的主流单元。
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作者:吴艳强 余穗荣 单位:厦门市九安安全检测评价事务所有限公司