陳慧萍

(中國石油新疆油田公司油氣儲(chǔ)運(yùn)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(chǔ)運(yùn)分公司,新疆 昌吉 831100)

某油庫為新建原油儲(chǔ)備罐進(jìn)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(hào)的PLC系統(tǒng)存在結(jié)合、運(yùn)行和控制方面的問題。據(jù)此,提出了幾個(gè)解決方案并分析了各方案的優(yōu)缺點(diǎn),最終根據(jù)經(jīng)濟(jì)、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(yùn)行正常穩(wěn)定,監(jiān)控畫面完整、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,下位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行穩(wěn)定可靠,消防聯(lián)動(dòng)實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)和現(xiàn)代通信技術(shù)的引入,使得消防設(shè)施的自動(dòng)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(chǔ)罐,以新建的9個(gè)罐為基礎(chǔ),單獨(dú)設(shè)計(jì)罐區(qū)消防控制系統(tǒng)。新建一套消防系統(tǒng)控制單元,負(fù)責(zé)為原油庫、西部管道烏魯木齊首站、西北銷售儲(chǔ)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(chǔ)備庫的庫區(qū)儀控區(qū)連接,實(shí)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(chǔ)備油庫基地的消防系統(tǒng)中,采用了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與自動(dòng)控制(PLC)相結(jié)合的消防自動(dòng)報(bào)警控制方案。該方案通過新老自動(dòng)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(shí)現(xiàn)新增9個(gè)罐消防系統(tǒng)的集中采集、顯示、報(bào)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(hào)傳送至儀控室光纖光柵信號(hào)處理器進(jìn)行處理后,將溫度信號(hào)、報(bào)警信號(hào)等接入消防控制系統(tǒng)進(jìn)行顯示、報(bào)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(bào)警信號(hào)即上傳至儀控室消防控制系統(tǒng)進(jìn)行顯示、報(bào)警。罐前進(jìn)出罐閥組區(qū)安裝可燃?xì)怏w探測器及有毒氣體探測器,一旦發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w濃度和有毒氣體濃度超過設(shè)定濃度,報(bào)警信號(hào)上傳至儀控室消防控制系統(tǒng)進(jìn)行顯示、報(bào)警。在防火堤外的道路旁設(shè)置現(xiàn)場手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕和報(bào)警警笛。現(xiàn)場人員一旦發(fā)現(xiàn)罐區(qū)火情,則就近按動(dòng)手動(dòng)報(bào)警按鈕,報(bào)警信號(hào)上傳至儀控室消防控制系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警。

在儀控室設(shè)置火災(zāi)確認(rèn)和復(fù)位按鈕,消防控制系統(tǒng)根據(jù)報(bào)警級(jí)別的不同驅(qū)動(dòng)工業(yè)電視對準(zhǔn)報(bào)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(bào)警信號(hào)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(chǔ)罐的開關(guān)量信號(hào)。電視監(jiān)控系統(tǒng)能夠迅速將該區(qū)及附近攝像機(jī)同時(shí)自動(dòng)校準(zhǔn)到報(bào)警點(diǎn)附近的攝像機(jī)預(yù)置位,經(jīng)人工確認(rèn),啟動(dòng)罐體的消防水閥,實(shí)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(fù)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(yùn)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(jī)采用基于Windows平臺(tái)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(gè)層次。其中,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制站與操作員站的互連,控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(shí),需要聯(lián)動(dòng)舊消防系統(tǒng)的消防泵進(jìn)行消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。為保證新舊系統(tǒng)的可靠通信和有效聯(lián)動(dòng),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(diǎn)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(jī)架內(nèi),將現(xiàn)在的卡件排列順序從CPU后的卡件往后挪動(dòng)一個(gè)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(diǎn)為改動(dòng)較小,保留原有邏輯。缺點(diǎn)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(huì)增加系統(tǒng)CPU負(fù)荷,因此,需要重新計(jì)算CPU的負(fù)荷能否滿足系統(tǒng)運(yùn)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(shí)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?yàn)橐坏┫到y(tǒng)出現(xiàn)故障,切換CPU是會(huì)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(shí)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(hù)中,如果要對單塊卡件進(jìn)行更換,需要停掉整個(gè)系統(tǒng)。此時(shí)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(diǎn)為改動(dòng)小,保留原有邏輯;實(shí)現(xiàn)起來較為簡單,只需對程序中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行組態(tài)。缺點(diǎn)為需要增加第三方設(shè)備,增加故障點(diǎn),維護(hù)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(shí),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(yuǎn)程機(jī)架及I/O卡件,將原系統(tǒng)所有設(shè)備接入新的控制機(jī)柜內(nèi)。該方案的技術(shù)難點(diǎn)為需要對原系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì),找到當(dāng)時(shí)施工時(shí)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(diǎn)為新系統(tǒng)采用的AB Logix 5000系列CPU,具有較強(qiáng)的處理能力,只增加幾個(gè)遠(yuǎn)程機(jī)架就可以將原系統(tǒng)所有的輸入輸出點(diǎn)納入新系統(tǒng)內(nèi);邏輯統(tǒng)一,機(jī)柜接線集成統(tǒng)一,方便系統(tǒng)維護(hù)及修改;統(tǒng)一系統(tǒng)后,兩個(gè)系統(tǒng)間無網(wǎng)絡(luò)傳輸故障及系統(tǒng)兼容的問題,同時(shí)提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及安全性。該方案的缺點(diǎn)為需要拆除原系統(tǒng),改動(dòng)比較大,費(fèi)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(dòng)-OPE和驅(qū)動(dòng)-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(diǎn)為系統(tǒng)無需增加任何硬件和其他第三方設(shè)備;上位機(jī)畫面顯示一個(gè)整體,而下位機(jī)各自運(yùn)行各自設(shè)備,當(dāng)需要聯(lián)動(dòng)時(shí)靠輸入、輸出點(diǎn)來驅(qū)動(dòng)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(jì)以及系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和獨(dú)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(yùn)行互不干擾、獨(dú)立運(yùn)行,只有當(dāng)有聯(lián)鎖控制和執(zhí)行ESD功能時(shí)通知西門子PLC啟動(dòng)泵。上位機(jī)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(jī)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(jìn)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(qiáng)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(gè)系統(tǒng)具有較強(qiáng)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(xiàng)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(rèn)可。

[1] 谷平,葛曉霞.火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與PLC自動(dòng)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(dòng)報(bào)警與消防系統(tǒng)的開發(fā)[J].硫磷設(shè)計(jì)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(dòng)消防監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2003(5):33-35.

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[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(dòng)化信息網(wǎng)2013年會(huì)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(jì)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(dòng)化方面的研究。