張翼成，陳山羊，張錦賢，林河利，劉 美

（廣東石油化工學(xué)院 廣東 茂名 525000）

石油倉(cāng)儲(chǔ)罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張翼成，陳山羊，張錦賢，林河利，劉 美

（廣東石油化工學(xué)院 廣東 茂名 525000）

石化儲(chǔ)罐區(qū)是產(chǎn)品生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸過(guò)程中的重要區(qū)域，對(duì)其實(shí)施自動(dòng)化管理非常重要。以羅克韋爾公司的CompactLogix PLC 為核心，結(jié)合該公司RSView組態(tài)軟件，根據(jù)石化產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)中的工藝特點(diǎn)及要求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)石油倉(cāng)儲(chǔ)油罐監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集儲(chǔ)罐的液位、溫度等數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確反映某階段內(nèi)工藝參數(shù)值及變化趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)布報(bào)警信號(hào)，并可遠(yuǎn)程控制罐區(qū)的泵、閥等設(shè)備，完成生產(chǎn)調(diào)度管理和進(jìn)銷庫(kù)存管理，為上層管理網(wǎng)絡(luò)提供監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

油庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)；PLC；組態(tài)軟件；自動(dòng)化管理；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)監(jiān)控

石化企業(yè)信息化監(jiān)控管理涉及的面很廣，其中油品儲(chǔ)運(yùn)監(jiān)控管理是石化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的重要組成部分。而我國(guó)石油儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平有一定差距，石化企業(yè)的油庫(kù)自動(dòng)化水平比發(fā)達(dá)國(guó)家落后。在國(guó)外，石化企業(yè)已擁有了先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和精密儀表等，其自動(dòng)化控制系統(tǒng)多數(shù)采用集散控制系統(tǒng)（DCS）[1]。在國(guó)內(nèi)，各種計(jì)量?jī)x表的精度較低，穩(wěn)定性較差，控制系統(tǒng)的控制精度比較低，信息化管理水平不夠健全[2]。為了應(yīng)對(duì)全球競(jìng)爭(zhēng)，適應(yīng)市場(chǎng)要求，我國(guó)石油儲(chǔ)運(yùn)現(xiàn)代化水平迫切需要快速與國(guó)際接軌。因此有必要認(rèn)真分析油庫(kù)生產(chǎn)控制和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，從客觀實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)石化企業(yè)信息化監(jiān)控管理開展研究，以解決油庫(kù)收、發(fā)、存作業(yè)控制和業(yè)務(wù)管理中存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)和管理信息一體化，提高生產(chǎn)效益。本文根據(jù)中小型油庫(kù)罐區(qū)控制管理發(fā)展現(xiàn)狀，以某大型石油倉(cāng)儲(chǔ)碼頭公司為例，設(shè)計(jì)了一個(gè)石油倉(cāng)儲(chǔ)油罐監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確快捷地獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況，及時(shí)有效地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制、記錄并實(shí)時(shí)傳送信息，系統(tǒng)使用可靠、先進(jìn)、便捷。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)油庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)考察和工藝分析，將整個(gè)油庫(kù)劃分3個(gè)不同層次，分別為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)層、監(jiān)控層和管理層[3]。作業(yè)層包括現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控設(shè)備、自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)等。具體實(shí)施包括計(jì)量、收和發(fā)油品的運(yùn)作過(guò)程，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表（如UBG鋼帶浮子液位儀）測(cè)出油罐的溫度和液位，與監(jiān)控設(shè)備安裝等。監(jiān)控層在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，收集作業(yè)部分采集的數(shù)據(jù)和信息，提供系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)。管理層對(duì)整個(gè)油庫(kù)進(jìn)行信息管理和作出重大決策。系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖1所示。

系統(tǒng)采用了NetLinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[4]，是將DeviceNet網(wǎng)絡(luò)、ControNet網(wǎng)絡(luò)和EtherNrt/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合，在各網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

圖1 罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Tank farm monitoring and control system structure

圖2 自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)三層體系機(jī)構(gòu)Fig.2 Automation network of three layers architecture

2 硬件體系架構(gòu)

2.1 PLC的選型和硬件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行PLC的選型和配置之前，首先需要分析控制對(duì)象，對(duì)I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。不僅要考慮當(dāng)前的系統(tǒng)需求，還應(yīng)在實(shí)際點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上留出20％～30％的備用量，使系統(tǒng)具有擴(kuò)展的能力。由于現(xiàn)場(chǎng)需要處理的點(diǎn)數(shù)較多，工作現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境復(fù)雜，所以對(duì)控制系統(tǒng)的處理能力和可靠性要求較高。因此，我們選擇了體積小、性能高、數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)的AB公司CompactLogix系列中的1769-L35E 型號(hào)的PLC。其通用的編程環(huán)境，通用的網(wǎng)絡(luò)，通用的控制引擎，結(jié)構(gòu)緊湊而性能卓越。與Compact輸入輸出組合在一起的CompactLogix平臺(tái)是裝備小型、設(shè)備級(jí)控制應(yīng)用的完美解決方案，有著極高的性能和可擴(kuò)展性[6]。

根據(jù)石油倉(cāng)儲(chǔ)油罐監(jiān)控系統(tǒng)的電氣控制要求，每個(gè)油罐配有1臺(tái)電機(jī)、2個(gè)電動(dòng)閥、2個(gè)流量計(jì)、1個(gè)壓力表、10個(gè)指示燈、2個(gè)手動(dòng)按鈕和3個(gè)模擬量輸入通道、一個(gè)模擬量輸出通道等；因此，在選擇數(shù)字量輸入、輸出模塊上，我們采用了1769-IA16和1769-OB16模塊；在選擇模擬量輸入、輸出模塊上，我們采用了1769-IF4XOF2F模塊。單個(gè)油罐的IO地址分配見表1。

2.2 電動(dòng)閥控制

電動(dòng)閥使用電能作為動(dòng)力來(lái)接通電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)、調(diào)節(jié)動(dòng)作；由PLC模擬量輸出模塊輸出控制信號(hào)4-20mA控制電動(dòng)閥門的開度。由于電動(dòng)閥門的開關(guān)速度比較慢，控制系統(tǒng)根據(jù)上位機(jī)的給定值及反饋開度信號(hào)，通過(guò)傳統(tǒng)PID運(yùn)算進(jìn)行控制。

2.3 罐區(qū)檢測(cè)設(shè)備及控制對(duì)象

每個(gè)油罐都具有油罐液位檢測(cè)裝置、溫度測(cè)量裝置；我們使用UBG系列鋼帶浮子液位計(jì)，使用熱電偶作為溫度感應(yīng)探頭；為了避免溫度過(guò)高使油罐內(nèi)的油品油質(zhì)變劣等，要求溫度被控制在低于45℃，為此，設(shè)置自動(dòng)噴淋裝置、電機(jī)和水池等。為了避免現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境或是未知因素對(duì)系統(tǒng)的干擾，模擬量采集在PLC中采用平均值濾波方法進(jìn)行抗干擾處理。連續(xù)采集五次，并剔除其中最高及最低兩個(gè)數(shù)，然后再對(duì)其余

的三個(gè)數(shù)作平均，并以其值作為采集數(shù)；在系統(tǒng)中，事先對(duì)液位傳感器進(jìn)行校驗(yàn)，然后通過(guò)液位傳感器實(shí)時(shí)采集油罐的液位信息，再轉(zhuǎn)化為4-20mA的電流信號(hào)，傳給模擬量輸入模塊，經(jīng)AD轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，送到上位機(jī)處理。至于溫度，則是在每個(gè)油罐不同部位安裝Pt100熱電阻傳感器，這樣可以有效的掌握了整個(gè)油罐的溫度情況，溫度讀取的原理同液位相同。

表1 PLC IO地址分配表Tab.1 PLC IO address allocation table

3 程序的設(shè)計(jì)

編程軟件采用了RSLogix5000，它是所有Logix系列控制器的通用編程軟件，符合REC611131標(biāo)準(zhǔn)，支持四種語(yǔ)言：功能塊、梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本和順序功能圖標(biāo)。其界面清晰易懂，指令系統(tǒng)非常豐富。在本系統(tǒng)中，我們采用梯形圖語(yǔ)言編程。液位流程如圖3所示。

圖3 液位流程圖Fig.3 The flow chart of liquid level

4 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)監(jiān)控軟件采用RSView32組態(tài)軟件，它是基于Windows軟件，用于開發(fā)和運(yùn)行人機(jī)界面的應(yīng)用程序，并提供創(chuàng)建、運(yùn)行高效監(jiān)視和管理控制應(yīng)用程序所需的全部工具。

4.1 工藝流程顯示

當(dāng)啟動(dòng)油泵時(shí)，便有石油被抽出，可通過(guò)動(dòng)態(tài)圖形變化顯示工藝管道中流出石油，壓力表的示數(shù)不斷增加；電動(dòng)閥是由傳統(tǒng)PID控制，根據(jù)給定開度的百分比即可控制其開度的大小。設(shè)置了各種指示燈和按鈕，方便管理人員的操作；油罐上可以顯示當(dāng)前溫度、當(dāng)前油量和當(dāng)前油量；該系統(tǒng)不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)控罐區(qū)的液位和溫度，而且可以精確控制進(jìn)出油量。對(duì)于進(jìn)油量，我們采用自動(dòng)控制，至于出油量。則根據(jù)我們實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和工藝分析，則采用人工控制。如圖4所示：

圖4 單罐運(yùn)行系統(tǒng)Fig.4 Single tank operation system

4.2 遠(yuǎn)程控制

在信息管理層，監(jiān)控計(jì)算機(jī)可通過(guò)以太網(wǎng)讀取來(lái)自PLC網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程變量，實(shí)現(xiàn)PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)管和控制，實(shí)現(xiàn)管控一體化。在監(jiān)控系統(tǒng)的界面上有罐區(qū)全貌圖、單罐運(yùn)行系統(tǒng)、報(bào)警一覽表、實(shí)時(shí)液位趨勢(shì)查詢、實(shí)時(shí)溫度趨勢(shì)查詢、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)一覽表、歷史液位趨勢(shì)查詢和歷史溫度趨勢(shì)查詢等。在罐區(qū)全貌圖中，可以看到所有油罐相關(guān)信息。在全貌圖中的某個(gè)油罐上單擊，可以進(jìn)入該罐的單罐運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控圖，詳細(xì)查看和管理單個(gè)油罐的過(guò)程參數(shù)及修改控制工藝流程。

4.3 保存和查詢實(shí)時(shí)、歷史狀態(tài)與事件

在系統(tǒng)中設(shè)置了各參數(shù)數(shù)據(jù)報(bào)表和趨勢(shì)圖，實(shí)時(shí)記錄、保存、顯示和查詢歷史狀態(tài)和事件。實(shí)時(shí)曲線或是歷史曲線查詢，便于操作人員掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況和為上層管理網(wǎng)絡(luò)提供監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。實(shí)時(shí)曲線可以實(shí)時(shí)反應(yīng)各模擬量參數(shù)變化情況，以及方便運(yùn)行人員及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)；通過(guò)歷史曲線查詢，設(shè)備管理員可以掌握現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行情況，以便為計(jì)劃?rùn)z修提供依據(jù)，同時(shí)可在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，查找原因提供數(shù)據(jù)。

4.4 報(bào)警功能

從安全預(yù)防方面考慮，不僅在儲(chǔ)油罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)安裝了報(bào)警警鈴，而且在中控室中也設(shè)置了報(bào)警系統(tǒng)；一旦有險(xiǎn)情發(fā)生，及時(shí)有效地通知各單位工作人員，制定搶救措施。該報(bào)警子系統(tǒng)主要是對(duì)油罐的液位、溫度、壓力和油霧濃度以及各種突發(fā)情況等進(jìn)行報(bào)警。有高液位報(bào)警提示、低液位報(bào)警提示、高溫報(bào)警提示和超低溫報(bào)警提示等等。當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題，可及時(shí)通知管理人員，避免造成損失。

4.5 安全管理

對(duì)軟件系統(tǒng)設(shè)置了操作權(quán)限管理，有用戶注冊(cè)、修改、刪除和操作權(quán)限管理。RSView32組態(tài)軟件提供操作分級(jí)管理功能，為不同人員提供分級(jí)操作功能，并把各項(xiàng)操作記錄到操作日志上，以方便管理人員查找設(shè)備操作情況，提供整套系統(tǒng)安全保障。本系統(tǒng)中設(shè)置了3個(gè)不同用戶等級(jí)，分別為manager、engineer和operator。其中engineer權(quán)限等級(jí)最高。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中設(shè)計(jì)的以CompactLogix PLC 為核心的石油倉(cāng)儲(chǔ)油罐監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)半年多的評(píng)測(cè)表明，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)石油罐區(qū)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控和進(jìn)出油量自動(dòng)精確控制。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高、人機(jī)界面友好、易于擴(kuò)展和調(diào)整靈活等優(yōu)點(diǎn)，提高了石油倉(cāng)儲(chǔ)油罐生產(chǎn)運(yùn)行效率和運(yùn)行管理的自動(dòng)化水平，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

[1] 張銀.油庫(kù)自動(dòng)化分布控制系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[D].成都：西南石油大學(xué)，2012.

[2] 盧昕，李艷彩.油庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)[J].化學(xué)工程與裝備，2009，（8）：70-72.

LU Xin，LI Yan-cai.Terminal automation system[J].Chemical engineering and equipment，2009，（8）：70-72.

[3] 付石，謝海林.油庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013（3）：65-68.

FU Shi，XIE Hai-lin.Terminal automation system application status[J].The Oil and Gas Storage and Transportation，2013（3）：65-68.

[4] 曹流.羅克韋爾自動(dòng)化NetLinx網(wǎng)絡(luò)體系研究與應(yīng)用[D].上海：上海交通大學(xué)[D].2009.

[5] Roberto MOTTA.NetLinx Open Network Architecture[J].Industry Electronics，2002：170-174.

[6] 宋慧欣.羅克韋爾自動(dòng)化：化繁為簡(jiǎn)CompactLogix[J].自動(dòng)化博覽，2012（6）：21-25.

SONG Hui-xin.Rockwell automation：change numerous for brief CompactLogix[J].Automation Expo，2012，（6）：21-25.

The design of oil storage tank area monitor system

ZHANG Yi-cheng，CHEN Shan-yang，ZHANG Jin-xian，LIN He-li，LIU Mei
（Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China）

Storage tank area is important to Petrochemical production，storage and transport.So it's automation management is required.We designed and accomplished an oil storage tank area automation control system，using Rockwell's CompactLogix PLC as the main controller.And developed control graphic interface by RSView configuration software.The system gather main parameters--such as level，temperature and some other data--from tanks.It can accurately reflect the value of a certain stage process parameters and trends，timely give out the alarm signal.It can also be used to control irrigation pumps，valves and other equipment remotely and offer monitoring data to upper management systems.

storage tank area monitor system；PLC；configuration software；automation management；data acquisition；data monitoring

TP273

A

1674-6236（2014）11-0023-03

2014-02-22 稿件編號(hào)：201402135

廣東省高等學(xué)校學(xué)科與專業(yè)建設(shè)專項(xiàng)資金科研類項(xiàng)目（粵教科函[2013]120號(hào)，2013KJCX0133）；廣東省茂名市科技計(jì)劃項(xiàng)目（11A36）

張翼成（1979—），男，廣東茂名人，碩士，講師。研究方向：電氣控制與PLC。層中都采用了統(tǒng)一的工業(yè)協(xié)議，構(gòu)造了一個(gè)從車間到企業(yè)、從設(shè)備底層到管理信息層的開放與集成的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)了控制器系統(tǒng)、人機(jī)界面、批處理運(yùn)動(dòng)/傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)之間信息路由和無(wú)縫連接[5]。如圖2所示。