陳慧萍

(中國石油新疆油田公司油氣儲運分公司,新疆 昌吉 831100)

油庫消防控制系統(tǒng)問題分析及解決措施

陳慧萍

(中國石油新疆油田公司油氣儲運分公司,新疆 昌吉 831100)

某油庫為新建原油儲備罐進行消防系統(tǒng)建設(shè),致使新舊消防控制系統(tǒng)中不同廠家、型號的PLC系統(tǒng)存在結(jié)合、運行和控制方面的問題。據(jù)此,提出了幾個解決方案并分析了各方案的優(yōu)缺點,最終根據(jù)經(jīng)濟、安全、可靠等因素選擇了合適的方案。該方案投入使用后,系統(tǒng)運行正常穩(wěn)定,監(jiān)控畫面完整、數(shù)據(jù)準確,下位機獨立運行穩(wěn)定可靠,消防聯(lián)動實時有效。

消防控制系統(tǒng) PLC 監(jiān)控 連鎖控制 可靠性 穩(wěn)定性

0 引言

油罐區(qū)消防系統(tǒng)對確保油罐安全、降低火災(zāi)、撲救損失有著十分重要的作用。近年來,隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,消防事業(yè)發(fā)展迅速,特別是計算機和現(xiàn)代通信技術(shù)的引入,使得消防設(shè)施的自動化、智能化水平不斷提高,做到了早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防,努力將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài),真正做到“防患于未燃”。

2010年,王家溝油庫新建9座5×104m3原油儲罐,以新建的9個罐為基礎(chǔ),單獨設(shè)計罐區(qū)消防控制系統(tǒng)。新建一套消防系統(tǒng)控制單元,負責(zé)為原油庫、西部管道烏魯木齊首站、西北銷售儲備庫和新捷油庫提供固定的消防保障。該消防系統(tǒng)設(shè)在消防泵房旁輔助生產(chǎn)用房內(nèi)[1]。系統(tǒng)通過光纖與原油庫、西北銷售儲備庫的庫區(qū)儀控區(qū)連接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。為貫徹“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的消防方針,適應(yīng)油庫消防現(xiàn)代化的需要,在王家溝原油儲備油庫基地的消防系統(tǒng)中,采用了火災(zāi)自動報警與自動控制(PLC)相結(jié)合的消防自動報警控制方案。該方案通過新老自動化控制系統(tǒng)的結(jié)合,取得了顯著的效果。

1 新消防控制系統(tǒng)要求

庫區(qū)新建儀控室作為本系統(tǒng)的監(jiān)控中心,實現(xiàn)新增9個罐消防系統(tǒng)的集中采集、顯示、報警和控制。在每座罐的二次密封圈附近安裝光纖光柵感溫探測器,將信號傳送至儀控室光纖光柵信號處理器進行處理后,將溫度信號、報警信號等接入消防控制系統(tǒng)進行顯示、報警[2]。

在每座罐的罐頂安裝火焰探測器,一旦發(fā)現(xiàn)火情,報警信號即上傳至儀控室消防控制系統(tǒng)進行顯示、報警。罐前進出罐閥組區(qū)安裝可燃氣體探測器及有毒氣體探測器,一旦發(fā)現(xiàn)可燃氣體濃度和有毒氣體濃度超過設(shè)定濃度,報警信號上傳至儀控室消防控制系統(tǒng)進行顯示、報警。在防火堤外的道路旁設(shè)置現(xiàn)場手動火災(zāi)報警按鈕和報警警笛?，F(xiàn)場人員一旦發(fā)現(xiàn)罐區(qū)火情,則就近按動手動報警按鈕,報警信號上傳至儀控室消防控制系統(tǒng)進行報警。

在儀控室設(shè)置火災(zāi)確認和復(fù)位按鈕,消防控制系統(tǒng)根據(jù)報警級別的不同驅(qū)動工業(yè)電視對準報警區(qū)域?，F(xiàn)場探測設(shè)備(如火焰探測器、光纖光柵感溫探測系統(tǒng))發(fā)出火災(zāi)報警信號后,消防控制PLC系統(tǒng)向電視監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出對應(yīng)儲罐的開關(guān)量信號。電視監(jiān)控系統(tǒng)能夠迅速將該區(qū)及附近攝像機同時自動校準到報警點附近的攝像機預(yù)置位,經(jīng)人工確認,啟動罐體的消防水閥,實施滅火噴淋[3,5]。

2 王家溝油庫原消防系統(tǒng)概況

原消防系統(tǒng)負責(zé)王家溝原油罐和西部管道烏首站的消防,消防系統(tǒng)采用西門子300系列PLC,具有一鍵啟泵的功能,保證系統(tǒng)的正常運行。

3 問題的提出

新建消防控制系統(tǒng)采用了AB的PLC設(shè)備,主處理器采用ControlLogix1756-L63系列,上位機采用基于Windows平臺的iFix上位軟件和RSLogix 5000 STD編程軟件。AB系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由上到下分為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(以太網(wǎng))和控制網(wǎng)絡(luò)(ControlNet)兩個層次。其中,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)現(xiàn)場控制站與操作員站的互連,控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)現(xiàn)場控制站與智能I/O單元的通信。

舊消防系統(tǒng)采用的是西門子的PLC設(shè)備。當(dāng)新消防系統(tǒng)檢測到有火災(zāi)隱情時,需要聯(lián)動舊消防系統(tǒng)的消防泵進行消防系統(tǒng)聯(lián)動。為保證新舊系統(tǒng)的可靠通信和有效聯(lián)動,需要解決新舊消防系統(tǒng)的結(jié)合問題。

4 解決方案

4.1 方案一

在舊消防系統(tǒng)中增加一塊西門子PLC以太網(wǎng)模塊CP343-1,用以原有系統(tǒng)與新建系統(tǒng)之間的通信及昌吉調(diào)控中心之間的通信。

該方案的技術(shù)難點在于:原有系統(tǒng)為西門子300系列PLC搭建的系統(tǒng),需要將以太網(wǎng)通信模塊放在與CPU相鄰的機架內(nèi),將現(xiàn)在的卡件排列順序從CPU后的卡件往后挪動一個卡件位置。在程序里,只需要對硬件重新組態(tài),程序邏輯不做修改。

該方案的優(yōu)點為改動較小,保留原有邏輯。缺點在于:因原系統(tǒng)采用西門子S7-315[4]系列CPU,增加通信卡件會增加系統(tǒng)CPU負荷,因此,需要重新計算CPU的負荷能否滿足系統(tǒng)運行需求。

消防控制系統(tǒng)對系統(tǒng)穩(wěn)定性要求高,原消防控制系統(tǒng)采用了雙CPU的配置,但是西門子S7-300系列的CPU無法在硬件實現(xiàn)冗余,原消防控制系統(tǒng)為軟冗余,這種配置只能用在對系統(tǒng)可靠性要求不高的情況下。因為一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障,切換CPU是會產(chǎn)生短暫的系統(tǒng)假死狀態(tài),系統(tǒng)處于不可控狀態(tài)。雖然時間短暫,但對消防控制系統(tǒng)來說是很寶貴的,這不符合消防控制系統(tǒng)對系統(tǒng)可靠性的要求。再者,原有消防控制系統(tǒng)采用的U型背板連接方式,在系統(tǒng)維護中,如果要對單塊卡件進行更換,需要停掉整個系統(tǒng)。此時消防系統(tǒng)已經(jīng)不能完成數(shù)據(jù)監(jiān)控。

4.2 方案二

在老舊消防系統(tǒng)中增加一塊Profibus轉(zhuǎn)Modbus TCP/IP的外置卡,將數(shù)據(jù)用以太網(wǎng)的形式傳送出來[6]。方案二結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 方案二結(jié)構(gòu)原理圖Fig.1 Schematic diagram of strategy 2

該方案的優(yōu)點為改動小,保留原有邏輯;實現(xiàn)起來較為簡單,只需對程序中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行組態(tài)。缺點為需要增加第三方設(shè)備,增加故障點,維護困難。

由于該方案采用的為第三方設(shè)備,故傳輸數(shù)據(jù)可靠性以及設(shè)備可靠性需要論證。原過程控制系統(tǒng)在為昌吉調(diào)控中心傳送數(shù)據(jù)時,采用了這種方案,但是只做采集監(jiān)視生產(chǎn)數(shù)據(jù)用,未做到控制,主要原因就是擔(dān)心通信的可靠性。

4.3 方案三

在新建過程控制系統(tǒng)和消防控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加遠程機架及I/O卡件,將原系統(tǒng)所有設(shè)備接入新的控制機柜內(nèi)。該方案的技術(shù)難點為需要對原系統(tǒng)設(shè)備進行統(tǒng)計,找到當(dāng)時施工時的工程資料,將原系統(tǒng)的邏輯組態(tài)到新系統(tǒng)內(nèi)。該方案的優(yōu)點為新系統(tǒng)采用的AB Logix 5000系列CPU,具有較強的處理能力,只增加幾個遠程機架就可以將原系統(tǒng)所有的輸入輸出點納入新系統(tǒng)內(nèi);邏輯統(tǒng)一,機柜接線集成統(tǒng)一,方便系統(tǒng)維護及修改;統(tǒng)一系統(tǒng)后,兩個系統(tǒng)間無網(wǎng)絡(luò)傳輸故障及系統(tǒng)兼容的問題,同時提高了系統(tǒng)運行的可靠性及安全性。該方案的缺點為需要拆除原系統(tǒng),改動比較大,費用較高。

4.4 方案四

充分利用iFix-HMI自身的通信協(xié)議,分別利用驅(qū)動-OPE和驅(qū)動-MBE的通信協(xié)議去讀AB-PLC和西門子PLC設(shè)備。該方案的優(yōu)點為系統(tǒng)無需增加任何硬件和其他第三方設(shè)備;上位機畫面顯示一個整體,而下位機各自運行各自設(shè)備,當(dāng)需要聯(lián)動時靠輸入、輸出點來驅(qū)動底層設(shè)備。方案四結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

圖2 方案四結(jié)構(gòu)原理圖Fig.2 Schematic diagram of strategy 4

最終根據(jù)安全、可靠、經(jīng)濟以及系統(tǒng)的實時性和獨立區(qū)域的良好控制執(zhí)行等方面,采用了方案四。西門子的輸出到AB-PLC即輸入,AB-PLC輸出到西門子即輸出。正常情況新舊PLC運行互不干擾、獨立運行,只有當(dāng)有聯(lián)鎖控制和執(zhí)行ESD功能時通知西門子PLC啟動泵。上位機的畫面數(shù)據(jù)靠MBE通信協(xié)議讀取西門子的數(shù)據(jù)庫,使上位機可以顯示全部數(shù)據(jù)參數(shù)。

5 結(jié)束語

系統(tǒng)采用先進的開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),支持CPU冗余和通信網(wǎng)絡(luò)冗余的當(dāng)前最強冗余結(jié)構(gòu),控制系統(tǒng)的HMI軟件使用GE公司的iFix系統(tǒng)軟件。整個系統(tǒng)具有較強的數(shù)據(jù)處理能力,HMI畫面操作簡單方便。開放的通信協(xié)議提供了一種Rockwell AB-PLC和西門子PLC設(shè)備通信的解決方案。此解決方案已在此工程項目中得到一定的應(yīng)用,目前通信穩(wěn)定、可靠,使用方便,效果得到一致認可。

[1] 谷平,葛曉霞.火災(zāi)自動報警與PLC自動控制相結(jié)合在油庫消防系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè),2007,33(4):1-4.

[2] 程呈.基于PLC的火災(zāi)自動報警與消防系統(tǒng)的開發(fā)[J].硫磷設(shè)計與粉體工程,2009(6):43-45.

[3] 周明,王可中,許永忠.基于PLC和視頻技術(shù)的原油庫區(qū)自動消防監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動化與儀器儀表,2003(5):33-35.

[4] 何建忠,干林.PLC在消防報警及處理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計算機信息,2008(7):28-29.

[5] 程博森.油庫安全防范系統(tǒng)應(yīng)用探索[J].工業(yè)控制計算機, 2013,26(4):34-35.

[6] 王雷.Rockwell AB PLC與profibus-DP設(shè)備通訊方案及在煉鋼領(lǐng)域的應(yīng)用[C]//全國冶金自動化信息網(wǎng)2013年會論文集, 2013:526-529.

Analysis of the Problems in Oil Depot Fire Control System and Solving Measures

New crude oil storage tank is constructed in certain oil depot,thus the fire fighting system is built accordingly.This brings some problems in operation and control because the new system and existing old system are using different types of PLC from different manufacturers. In accordance with this condition,several strategies are proposed;the advantages and disadvantages of these solutions are analyzed respectively.The most suitable solution is selected based on economic,safety and reliability factors and put into operation.Now the system is running properly and stably,the monitoring displays are comprehensive,data are accurate;slave computer is running independently,stably and reliably,the fire fighting interlocking is effective in real time.

Fire control system PLC Monitoring Interlock control Reliability Stability

TE972

A

修改稿收到日期:2014-06-24。

作者陳慧萍(1982-),女,2008年畢業(yè)于西南石油大學(xué)測試計量技術(shù)及儀器專業(yè),獲碩士學(xué)位,工程師;主要從事生產(chǎn)自動化方面的研究。