羅克韋爾油庫儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)
一、概 述
油庫分為東罐區(qū)和西罐區(qū)，其中，東罐區(qū)共有9個(gè)儲(chǔ)油罐，罐區(qū)值班室1個(gè)，油泵房1個(gè)（1#泵房），共安裝11臺(tái)油泵。西罐區(qū)共有21個(gè)儲(chǔ)油罐，2個(gè)罐區(qū)值班室，2個(gè)油泵房（2#、3#泵房），其中2#泵房安裝10臺(tái)油泵，3#泵房安裝5臺(tái)油泵。
油料碼頭有兩個(gè)油料收發(fā)口，與油輪直接連接進(jìn)行汽油、柴油、航油等油料的收發(fā)作業(yè)，汽油、柴油發(fā)油口能通過流量計(jì)分別計(jì)量。另外，油庫已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了汽車油罐車、火車油罐車的自動(dòng)計(jì)量和發(fā)油數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)管理。
根據(jù)要求，本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：
1．率先在東罐區(qū)實(shí)現(xiàn)對(duì)9個(gè)儲(chǔ)油罐的液位、溫度、壓力等數(shù)據(jù)的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及HIMS儲(chǔ)油罐數(shù)據(jù)處理功能；
2．東罐區(qū)1#泵房油泵運(yùn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)其中的出口油泵實(shí)行點(diǎn)動(dòng)控制操作以及與油碼頭油料發(fā)放實(shí)行遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)控制操作。
3．實(shí)現(xiàn)東罐區(qū)油料收發(fā)業(yè)務(wù)管理的網(wǎng)上作業(yè)，并與監(jiān)控服務(wù)器組成東罐區(qū)油庫綜合管理系統(tǒng)局域網(wǎng)；
4．在軟硬件系統(tǒng)的配置和設(shè)計(jì)上，為將來系統(tǒng)擴(kuò)展到西罐區(qū)及整個(gè)油庫，以及今后的技術(shù)改造預(yù)留接口。
二、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
本項(xiàng)目在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用符合工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范要求的設(shè)備層、控制層和信息層的分層結(jié)構(gòu)模式，同時(shí)，在信息層采用雙服務(wù)器構(gòu)架模式，使東罐區(qū)成為功能相對(duì)獨(dú)立和完整的局域網(wǎng)。該局域網(wǎng)通過光纜與油庫計(jì)算機(jī)中心的主服務(wù)器相連，成為油庫網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的一個(gè)子網(wǎng)。
在系統(tǒng)設(shè)備層中，主要監(jiān)測(cè)和控制的設(shè)備為：儲(chǔ)油罐、油泵、油閥和油料計(jì)量設(shè)備。其中對(duì)儲(chǔ)油罐的監(jiān)測(cè)，采用荷蘭Enraf公司的CIU Peime進(jìn)行集中數(shù)據(jù)采集，然后將采集的儲(chǔ)油罐工況數(shù)據(jù)送PLC和CIU Plus。CIU Prime可以同時(shí)掃描監(jiān)測(cè)50座油罐，一期先監(jiān)測(cè)東罐區(qū)的9個(gè)儲(chǔ)油罐，今后西罐區(qū)建立監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，將西罐區(qū)的21個(gè)儲(chǔ)油罐一起納入CIU Prime的監(jiān)測(cè)掃描序列。對(duì)于油料碼頭的BDQC油料裝車控制儀由碼頭上的油料收發(fā)工作站直接連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和操作，收發(fā)操作數(shù)據(jù)由油料收發(fā)工作站通過已有的光纜發(fā)送到東罐區(qū)監(jiān)測(cè)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理。對(duì)于1#泵房油泵設(shè)備以及對(duì)于油路管道上的油閥的監(jiān)測(cè)和控制，通過專門配置的變送器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以直接I/O的方式相連。
在控制層中，主要以PLC可編程邏輯控制器為中心，負(fù)責(zé)對(duì)1#泵房設(shè)備和管道設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制，同時(shí)，CIU Prime通過MODBUS通訊接口將安全報(bào)警信號(hào)傳送給PLC，由PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警處理，并為今后安全聯(lián)鎖機(jī)制預(yù)留接口。此外，在控制層中，配置荷蘭Enraf公司的CIU Plus負(fù)責(zé)接收從CIU Prime傳送過來的儲(chǔ)油罐實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行HIMS計(jì)算后，向信息層轉(zhuǎn)發(fā)油高、水高、平均溫度、標(biāo)準(zhǔn)體積、質(zhì)量等數(shù)據(jù)?？刂茖訉?duì)下與每一臺(tái)監(jiān)控設(shè)備相連，對(duì)上通過DH+與監(jiān)控服務(wù)器相連，形成東罐區(qū)的實(shí)時(shí)控制網(wǎng)。
信息層是油庫的油料流程管理的樞紐，形成油庫自動(dòng)化信息管理系統(tǒng)的主集，東罐區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)作為該主集下的一個(gè)子集，系統(tǒng)的功能支點(diǎn)立足于油料信息管理MIS部分，而實(shí)時(shí)監(jiān)控部分成為整個(gè)系統(tǒng)的功能模塊之一。
鑒于上述功能構(gòu)架，系統(tǒng)采用Client/Server結(jié)構(gòu)方式，以信息管理服務(wù)器為核心，下面掛接：各油料流程管理工作站和各監(jiān)控工作站，形成網(wǎng)絡(luò)化布局和分布式實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，形成油庫作業(yè)管理MIS系統(tǒng)。監(jiān)控中心平臺(tái)采用以服務(wù)器為中心的分布式操作工作站的形式 (Distributed Monitor System), 履行實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的職能，通過數(shù)據(jù)事務(wù)處理軟件RSSQL，所有實(shí)時(shí)信息和操作信息都匯總在該服務(wù)器上，由服務(wù)器統(tǒng)一儲(chǔ)存管理。
監(jiān)控系統(tǒng)在東罐區(qū)設(shè)兩個(gè)操作工作站：東罐區(qū)監(jiān)控工作站和油料碼頭油料收發(fā)工作站。其中，罐區(qū)監(jiān)控工作站承擔(dān)對(duì)9座儲(chǔ)油罐和對(duì)1#泵房8臺(tái)離心泵的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和其中2臺(tái)油泵的點(diǎn)動(dòng)控制操作，操作員通過操作工作站的平臺(tái)，對(duì)整個(gè)東罐區(qū)實(shí)施全面監(jiān)測(cè)和控制操作，值班員通過監(jiān)控工作站可以實(shí)時(shí)掌握整個(gè)東罐區(qū)9座儲(chǔ)油罐、1#泵房8臺(tái)離心泵以及油路管道主要閥門的當(dāng)前狀態(tài)和設(shè)備運(yùn)行工作狀態(tài)，以及對(duì)油庫碼頭的監(jiān)視，掌握正在進(jìn)行油料收發(fā)操作油路的路徑走向和運(yùn)行狀況。油料碼頭的油料收發(fā)作業(yè)是東罐區(qū)的一項(xiàng)主要的操作業(yè)務(wù)，因此在油料碼頭配置一臺(tái)油料收發(fā)工作站承擔(dān)對(duì)油料收發(fā)控制儀的操作控制和對(duì)1#泵房出口油泵的聯(lián)動(dòng)控制，以及作業(yè)票驗(yàn)證、收發(fā)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信息輸入保存、發(fā)油過程監(jiān)測(cè)控制、油料發(fā)放計(jì)量和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等一整套油料收發(fā)流程，包括對(duì)1#泵房出口油泵的聯(lián)動(dòng)控制以及向監(jiān)控服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)油料收發(fā)計(jì)量數(shù)據(jù)的職能。油庫的報(bào)警系統(tǒng)直接由監(jiān)控服務(wù)器控制，當(dāng)發(fā)生重要緊急報(bào)警。服務(wù)器將通過Modem撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)直接向油庫主管領(lǐng)導(dǎo)呼叫，由油庫主管領(lǐng)導(dǎo)直接指揮緊急報(bào)警事件的處理。
東罐區(qū)信息管理服務(wù)器承擔(dān)東罐區(qū)油料收、發(fā)、存三個(gè)環(huán)節(jié)的管理職能，采用以服務(wù)器為平臺(tái)的流程控制形式。其主要分布有：油料支撥管理工作站、油料倉庫工作站、統(tǒng)計(jì)報(bào)銷管理工作站等，同時(shí)，包括油料碼頭的油料收發(fā)工作站，形成了油庫管理收、發(fā)、存為一體的、閉環(huán)的管理控制流程鏈路，涵蓋與油料收發(fā)業(yè)務(wù)和油庫信息管理有關(guān)的所有事務(wù)，如油料支撥單管理、作業(yè)票驗(yàn)證和管理、油料收發(fā)計(jì)量統(tǒng)計(jì)、油庫存量統(tǒng)計(jì)管理、東罐區(qū)設(shè)備管理等一系列環(huán)節(jié)功能，所有的油料收發(fā)作業(yè)管理、油料倉庫庫存管理、東罐區(qū)信息查詢統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印等都通過該服務(wù)器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上操作。同時(shí)，東罐區(qū)管理服務(wù)器作為整個(gè)油庫主網(wǎng)上的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)著與油庫計(jì)算機(jī)中心主服務(wù)器之間進(jìn)行信息交換和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)倉庫的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)樞紐職能，以及在油庫內(nèi)部網(wǎng)上發(fā)布東罐區(qū)油料共享信息Web頁的功能。
由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器構(gòu)成相對(duì)獨(dú)立和完整的油庫自動(dòng)控制管理體系。由于采用了Client/Server結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)的監(jiān)控功能和管理功能的可擴(kuò)性得到同步提高，無論是擴(kuò)展監(jiān)控功能，還是擴(kuò)展管理功能，只要在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架上掛上相應(yīng)功能的工作站便完成相應(yīng)功能的擴(kuò)展。而且服務(wù)器所具有的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，使得油庫數(shù)據(jù)異機(jī)安全備份成為可能。
三、一次儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)的通訊鏈接
對(duì)于一個(gè)完整而有效的控制系統(tǒng)來說，一次檢測(cè)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)是至關(guān)重要的。
儲(chǔ)油罐是油庫的主要設(shè)備和監(jiān)測(cè)對(duì)象，油庫選用的油罐監(jiān)測(cè)儀表是荷蘭Enraf公司的伺服式液位儀，其測(cè)量精度可達(dá)正負(fù)1毫米，量程范圍為0-37000毫米，適用于低壓605Kpa和高壓4000Kpa的壓力范圍，環(huán)境溫度為-40℃- +85℃,該產(chǎn)品運(yùn)行可靠，完全適合油庫儲(chǔ)油罐的監(jiān)測(cè)要求。
伺服式液位儀的通訊采用串行ASCII碼，雙向標(biāo)志調(diào)制。協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)Enraf現(xiàn)場(chǎng)總線（GPU協(xié)議），同時(shí)，它也提供RS-232和RS-485的數(shù)據(jù)通道，因此，原則上伺服式液位儀能直接向PLC傳送液位信號(hào)。但是，本項(xiàng)目同時(shí)選用了Enraf公司為854ATG配套提供的CIU接口單元，不僅實(shí)現(xiàn)一次儀表與控制層和信息層之間數(shù)據(jù)鏈路的集約化的“無縫連接”，而且，通過在儲(chǔ)油罐上設(shè)置壓力變送器以及單點(diǎn)溫度測(cè)量Pt100等現(xiàn)場(chǎng)儀表，經(jīng)過Enraf CIU Plus的組合數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)油罐的HIMS計(jì)量統(tǒng)計(jì)，并通過總線方式直接送到控制室。
1#泵房共有11臺(tái)油泵，一期工程對(duì)其中8臺(tái)油泵（離心泵）的開停狀態(tài)和電機(jī)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
由于儲(chǔ)油罐區(qū)域和油料泵房屬于安全隔離區(qū)域，因此PLC柜將不安裝在儲(chǔ)油罐區(qū)域和油料泵房現(xiàn)場(chǎng)，而是安裝在東罐區(qū)控制室中。所有進(jìn)入儲(chǔ)油罐區(qū)域和1#泵房的信號(hào)線均帶安全隔離。
一期工程對(duì)與油料碼頭有關(guān)的兩臺(tái)油泵（汽油、柴油各一臺(tái)）實(shí)施出口壓力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和啟?？刂?。
油料碼頭是油料收發(fā)的重要環(huán)節(jié)之一。油料碼頭共有兩個(gè)油料收發(fā)口，流量計(jì)量使用進(jìn)口高精度質(zhì)量流量計(jì)，油料收發(fā)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用國(guó)產(chǎn)隔爆型定量控制儀，該控制儀具有就地和遙控兩種工作方式，遙控操作通過RS-485與碼頭油料收發(fā)工作站實(shí)現(xiàn)，油料收發(fā)工作站與泵房PLC建立邏輯聯(lián)動(dòng)關(guān)系，按照流程控制的方式，只有當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)按照流程對(duì)油料收發(fā)進(jìn)行操作時(shí)，系統(tǒng)才按步驟進(jìn)入油料收發(fā)控制程序，也只有當(dāng)必要條件滿足時(shí)，系統(tǒng)才允許對(duì)定量控制儀進(jìn)行油料收發(fā)控制操作和對(duì)1#泵房的聯(lián)動(dòng)遙控操作。對(duì)系統(tǒng)操作的安全檢驗(yàn)程序和對(duì)操作的流程控制機(jī)制，確保了油料收發(fā)的安全性和可靠性。
四、PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1、PLC系統(tǒng)功能
－－ 儲(chǔ)油罐安全報(bào)警處理
儲(chǔ)油罐報(bào)警是東罐區(qū)優(yōu)先級(jí)別最高、最為重要的報(bào)警，對(duì)于油庫報(bào)警采取分級(jí)報(bào)警的方式：
一般報(bào)警：僅在監(jiān)控工作站或者油料收發(fā)工作站單機(jī)上以聲光形式進(jìn)行報(bào)警—（單機(jī)報(bào)警方式）；
越限報(bào)警：東罐區(qū)所有聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)上以聲光形式進(jìn)行報(bào)警，并由PLC直接觸發(fā)東罐區(qū)控制室和油料 倉庫庫值班室的警鈴—（區(qū)域報(bào)警方式）；
緊急報(bào)警：除了東罐區(qū)區(qū)域報(bào)警外，PLC觸發(fā)油庫總值班室警鈴和油庫消防大報(bào)警、通過Modem向油庫電話機(jī)房和油庫主要領(lǐng)導(dǎo)發(fā)出緊急呼叫，在Web主頁上彈出報(bào)警窗口&m
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