張華莎

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京100101)

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石油化工罐區(qū)自動控制系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)

張華莎

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京100101)

摘要：介紹了石油化工儲運(yùn)罐區(qū)自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能，從工程設(shè)計(jì)角度討論了罐區(qū)特有的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法，庫存量統(tǒng)計(jì)和信息管理是罐區(qū)特有的內(nèi)容，從工程設(shè)計(jì)上考慮，罐區(qū)應(yīng)配備相應(yīng)的自動化儀表和儲罐數(shù)據(jù)管理設(shè)備以實(shí)現(xiàn)罐容計(jì)算，提高罐區(qū)的控制和管理水平。特別介紹了儲罐液位儀表和電動控制閥的通信連接方案及通信設(shè)備配置的注意事項(xiàng)，并給出了儀表接線的示例。闡述了罐區(qū)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、各組成部分間的信號關(guān)系，列舉了該系統(tǒng)應(yīng)配備的基本硬件、軟件，結(jié)合實(shí)際的罐區(qū)生產(chǎn)作業(yè)介紹了各軟件的功能，提出了罐區(qū)自動控制系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)應(yīng)遵循配置合理、功能齊全、層次清晰、管控兼顧的設(shè)計(jì)概念。

關(guān)鍵詞：石油化工罐區(qū)罐區(qū)自動控制系統(tǒng)儲罐信號通信單元電動閥通信單元儲罐數(shù)據(jù)管理單元罐區(qū)生產(chǎn)管理系統(tǒng)

Automatic Control System and Production Management System for Petrochemical Tank Farm

Zhang Huasha

(Sinopec Engineering Inc., Beijing, 100101, China)

Abstracts: The basic structure and functions of automatic control system of storage and transportation tank farm for petrochemical industry are described. The specified design content and method for tank farm are discussed from the point of engineering design. Inventory statistic and information management are specific issues for tank farm. Suitable automatic instruments and tank data management devices should be equipped to realize calculation of tank capacity to improve control and management for tank farm from the view of engineering design. The communication connection schemes for storage tank liquid level instruments and motor control valves and precautions for communication device configuration are specially introduced, and detail examples of instruments wiring are illustrated. The structure, functions and signals relationship among each constituent part of the production management system for tank farm are expounded. The basic hardware and software equipped for system are listed. The function of each individual software is introduced with combination of actual production operation. The design concepts of following reasonable configuration, multiple functions, distinctive nuance, consideration of control and management for automatic control system and production management system for tank farm are proposed.

Key words:petrochemical tank farm; tank farm automatic control system; storage tank signal communication unit; motor valve communication unit; tank data management unit; tank farm production management system

近年來國內(nèi)新建的石油化工廠儲運(yùn)罐區(qū)的自動化水平已經(jīng)不僅局限于采用儀表測量加分散型控制系統(tǒng)(DCS)，有些廠家還配有罐區(qū)生產(chǎn)管理系統(tǒng)。將罐區(qū)的自動控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)與工廠信息管理系統(tǒng)結(jié)合起來，卓有成效地提高了儲運(yùn)系統(tǒng)的整體自動化水平和管理水平，實(shí)現(xiàn)了控制和管理的系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)共享、功能集成。這是新建工廠儲運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)行和管理模式，也是老廠改造的方向。

儲運(yùn)罐區(qū)在自控工程設(shè)計(jì)之初就應(yīng)對將來的自動控制水平、設(shè)備和技術(shù)的先進(jìn)程度、生產(chǎn)運(yùn)行的管理層次和模式等多方面充分考慮，明確定位。本文針對工程設(shè)計(jì)的范疇，重點(diǎn)討論在設(shè)計(jì)目標(biāo)明確定位的基礎(chǔ)上，如何合理配置自動化測量儀表，建立適用的測量基礎(chǔ)，配備以DCS為核心的過程控制系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上實(shí)施罐區(qū)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)方法。

1罐區(qū)自動控制系統(tǒng)

1.1罐區(qū)自動控制系統(tǒng)發(fā)展歷程

十幾年前，國內(nèi)煉油工業(yè)儲運(yùn)系統(tǒng)的自動化水平較低，自動測量儀表較少，配備的儀表精度不高，罐區(qū)過程控制和生產(chǎn)操作多采用小型控制儀或工業(yè)控制機(jī)。隨著近年來的發(fā)展，罐區(qū)裝備了DCS和PLC等通用的控制系統(tǒng)。由于罐區(qū)作業(yè)過程緩慢，操作與聯(lián)鎖都屬于簡單控制、兩位式控制和批量控制，因而目前罐區(qū)自動控制系統(tǒng)主要采用DCS，也有采用SCADA和PLC的，某些小型的、分散的、遠(yuǎn)距離的罐區(qū)也可以采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行小型專用軟件作為控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)歷史背景、投資情況和工廠自動化水平等具體情況確定。

罐區(qū)自動控制系統(tǒng)與生產(chǎn)裝置相比，特別之處是多了一項(xiàng)罐容計(jì)算和管理的任務(wù)，新建工廠大型罐區(qū)的罐容計(jì)算和管理通常采用儲罐數(shù)據(jù)管理單元(TMU)和專用軟件方式實(shí)現(xiàn)，小型罐區(qū)或改造項(xiàng)目可以在DCS中通過組態(tài)實(shí)現(xiàn)。

罐容計(jì)算涉及的過程變量包括： 儲罐的液位、溫度、油水界位、密度等，信號經(jīng)過計(jì)算，結(jié)合標(biāo)定的罐容積表，可以得出儲罐的準(zhǔn)確存量。計(jì)量儲罐的雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)等的上述信號可接入專用的TMU進(jìn)行罐容計(jì)算和管理，也可接入DCS等自動控制系統(tǒng)，通過組態(tài)實(shí)現(xiàn)。由于罐容計(jì)算的組態(tài)比較麻煩，有一定的工作量，因而有些項(xiàng)目采用分包方式，配備單獨(dú)的小型專用系統(tǒng)。

1.2罐區(qū)過程信號的連接方案

罐區(qū)生產(chǎn)操作相對簡單，但自動控制系統(tǒng)信號類型混雜，過程檢測及控制信號與DCS和SCADA以及PLC的連接也有不同方案和選擇，工程實(shí)施方法也有特殊考慮，都值得探討。

1.2.1罐區(qū)自動控制系統(tǒng)過程信號連接的典型方案

在工程設(shè)計(jì)的初始階段，自動控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和方案的擬定應(yīng)合理、完整，設(shè)計(jì)思路需要清晰明確。圖1是結(jié)合實(shí)際的工程設(shè)計(jì)總結(jié)出的罐區(qū)過程信號與自動控制系統(tǒng)連接的典型方案和結(jié)構(gòu)，雖然不是唯一方案，但是具有代表性，能滿足大多數(shù)罐區(qū)自控設(shè)計(jì)的需求。

圖1　罐區(qū)過程信號連接的典型方案和結(jié)構(gòu)示意

圖1中的信號分為6類： 儲罐液位儀表信號；電動閥信號；直接進(jìn)入控制系統(tǒng)I/O單元的過程檢測信號；經(jīng)控制系統(tǒng)RIU的過程檢測信號；經(jīng)IDU的過程檢測信號；其他通信信號。

1.2.2對罐區(qū)過程信號的解釋和說明

1) 計(jì)量級儲罐對信號傳輸?shù)木纫筝^高，模擬信號達(dá)不到相應(yīng)的精度，所以液位信號必須采用通信信號，多點(diǎn)溫度、油水界位、密度等信號也應(yīng)直接接入液位儀表轉(zhuǎn)換成通信信號，通過TCU接入TMU或罐區(qū)自動控制系統(tǒng)。

非計(jì)量級儲罐不進(jìn)行貿(mào)易交接，但通常也需要罐容計(jì)算和庫存管理，所以液位儀表需要采用通信信號，通過TCU接入TMU或罐區(qū)自動控制系統(tǒng)；對于僅需要液位測量，而不做罐容計(jì)算和庫存管理的場合，也可采用常規(guī)信號，接入罐區(qū)自動控制系統(tǒng)。

2) 電動閥控制及狀態(tài)信號宜采用通信信號，通過MCU接入罐區(qū)自動控制系統(tǒng)，也可采用常規(guī)信號，接入罐區(qū)自動控制系統(tǒng)。

3) 傳輸距離較近的常規(guī)儀表信號，直接接入自動控制系統(tǒng)的I/O模件。

4) 傳輸距離較遠(yuǎn)的常規(guī)儀表信號，通過自動控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程信號單元接入。

5) 特殊需要的場合，常規(guī)儀表信號也可通過IDU接入自動控制系統(tǒng)。IDU不是DCS等常規(guī)控制系統(tǒng)的設(shè)備，有的供貨商稱之為RTU，是一種通用型非標(biāo)準(zhǔn)小型現(xiàn)場信號單元，可配置各種信號I/O模件，將常規(guī)信號轉(zhuǎn)換成通信信號，接入DCS，SCADA，PLC或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，用于小型非標(biāo)準(zhǔn)包設(shè)備。

6) 其他通信信號是指上述5類信號以外的通信信號，例如： TMU與DCS之間的通信信號、系統(tǒng)內(nèi)部OPC通信方式的信號等。

1.3儲罐液位儀表的信號連接

儲罐液位儀表分兩類，一類是儲罐常用的測距法，如： 雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)等，多兼有平均溫度、油水界位、密度等輔助變量的測量和計(jì)算功能，這類儀表通常都有通信信號和常規(guī)信號兩種信號方式，為保持測量信號傳輸精度，需要采用通信信號；另一類是其他測量方法，如靜壓法，只有常規(guī)信號。文中討論采用通信信號的儲罐液位儀表的信號連接方案和技術(shù)要求。

1.3.1儲罐信號通信單元

大型罐區(qū)和信號傳輸距離較遠(yuǎn)的情況，雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)采用通信信號，配備與上述液位儀表配套的TCU是較好的、應(yīng)用較多的通信方案。TCU一端連接這些液位儀表的通信端，另一端采用網(wǎng)絡(luò)通信方式連接到控制系統(tǒng)，兼容多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信，如： Modbus-RTU，Profibus-DP，TCP/IP等。具備標(biāo)準(zhǔn)通信接口和通用通信協(xié)議的液位連續(xù)儀表，也可以直接與控制系統(tǒng)通信。

由于生產(chǎn)廠商、儀表種類、信號配置的不同，雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)的通信變送單元有的設(shè)在液位儀表本體上，有的設(shè)在罐旁指示儀表上，有的需要另配通信單元，因而液位儀表通信線路的具體出線位置應(yīng)根據(jù)選用的儀表確定。有些液位計(jì)可以配用多種信號接口和通信協(xié)議，有的只能配用專用的信號接口和通信協(xié)議。通信信號的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，信號可靠、數(shù)據(jù)承載量大、傳輸距離遠(yuǎn)、節(jié)省電纜，但為了降低線路意外損壞的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)中需要注意： 1條通信線路上不宜掛接過多的設(shè)備。

工程設(shè)計(jì)中TCU的配置應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

1) 通信單元與控制系統(tǒng)的通信應(yīng)采用冗余配置，應(yīng)至少兼容Modbus-RTU，Profibus-DP，TCP/IP通信方式。

2) 按照罐區(qū)的分布、運(yùn)行管理歸屬關(guān)系以及液位儀表的數(shù)量規(guī)劃設(shè)置通信單元。

3) 每套通信單元配置的通信通道不大于4個(gè)，每個(gè)通道連接的儀表數(shù)量不大于8臺，同時(shí)通信單元連接儀表的總數(shù)量不要超過通信單元能力的70%。從通信安全考慮，實(shí)際工程中應(yīng)限制儲罐信號通信單元的通信負(fù)荷及連接儀表的數(shù)量，這3個(gè)條件應(yīng)同時(shí)滿足。

1.3.2儲罐信號通信單元的信號連接方案

1) 雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)與配套的TCU的連接路徑可根據(jù)情況選擇環(huán)型、樹型、混合型等。通信信號電路連接方式為串行通信，電路接線為并聯(lián)。冗余的TCU雙線環(huán)路接連原理如圖2所示。

圖2　冗余的TCU雙線環(huán)路接連原理示意

2) 在罐區(qū)適當(dāng)位置設(shè)置現(xiàn)場接線箱，將附近同一通信線路上的液位儀表接線匯集到接線箱，在接線箱中并聯(lián)接線，再將通信電纜接到TCU，接線箱的接線方式如圖3所示。

3) 當(dāng)多組儲罐液位儀表共用1套TCU并且距離較遠(yuǎn)時(shí)，為便于路徑安排和線路敷設(shè)，可增設(shè)二級接線箱，各組液位儀表的信號電纜分別接入一級接線箱和二級接線箱；一級接線箱的電纜經(jīng)二級接線箱，再接到TCU。接線箱之間、二級接線箱與TCU之間應(yīng)采用雙路電纜。二級接線箱的接線方式示例如圖4所示。

4) TCU安裝在機(jī)柜室，特殊需要時(shí)也可安裝在適合現(xiàn)場環(huán)境的現(xiàn)場機(jī)柜內(nèi)。

圖3　接線箱的接線方式示意

圖4　二級接線箱的接線方式示意

1.4電動閥的信號連接

電動閥通常都有通信信號和常規(guī)信號兩種信號方式，由于電動閥的信號較多，采用常規(guī)信號需要很多根電纜，不僅投資成本較高，接線和敷設(shè)工作量也很大，因而罐區(qū)電動閥常采用通信信號。有的設(shè)計(jì)曾在采用通信信號的同時(shí)，每個(gè)電動閥還單獨(dú)配1條線路接到ESD信號端子，目的是當(dāng)通信信號故障時(shí)，可以通過ESD信號實(shí)現(xiàn)對閥門的故障位置控制。該做法實(shí)際意義不大，因?yàn)殡妱娱y的信號處理電路板是同1個(gè)，如果這塊電路板壞了，什么信號都不會起作用。即使通信線路斷了，單獨(dú)配的電路還能正常工作，這種事件的概率需要研究。通信線路和設(shè)備通常都是冗余配置的，而且通信故障是有診斷報(bào)警的，只要及時(shí)處理即可。某罐區(qū)的電動閥這樣配置信號線路，運(yùn)行十幾年也未有發(fā)現(xiàn)過一次“因通信線路故障，啟用ESD信號實(shí)現(xiàn)對閥門的故障位置控制”的情況。

1.4.1電動閥通信單元

當(dāng)今通信信號的技術(shù)成熟和可靠性已經(jīng)毋庸置疑，罐區(qū)的電動閥多采用通信信號，配備與電動閥配套的MCU。MCU一端連接電動閥的通信，另一端采用網(wǎng)絡(luò)通信方式連接到控制系統(tǒng)，兼容多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信，如： Modbus-RTU，Profibus-DP，TCP/IP等。具備標(biāo)準(zhǔn)通信接口和通用通信協(xié)議的電動閥，也可以直接與控制系統(tǒng)通信。不同生產(chǎn)廠商、不同型號的電動閥，有的可以配用多種信號接口和通信協(xié)議，有的只能配用專用的信號接口和通信協(xié)議。為了降低線路意外損壞的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)中需要注意： 1條電動閥通信線路上不宜掛接過多的設(shè)備。

工程設(shè)計(jì)中MCU配置時(shí)的注意事項(xiàng)中，除了每套通信單元配置的通信通道不大于4個(gè)，每個(gè)通道連接的電動閥數(shù)量不大于15臺外，其他與TCU基本一致，此處不再贅述。

1.4.2電動閥通信單元的信號連接方案

MCU的信號連接方案與連接方式與TCU基本一致，參照圖2～圖4所示。

2罐區(qū)庫存數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和管理

庫存量統(tǒng)計(jì)和信息管理是罐區(qū)特有的內(nèi)容，早期的罐區(qū)測量儀表和自動化水平都比較落后，有些液位、溫度、密度等參與罐容計(jì)算的變量都采用手工測量，罐容計(jì)算較粗略，更沒有庫存量的統(tǒng)計(jì)和罐區(qū)運(yùn)行的管理。近年來新建石油化工廠大型罐區(qū)從工程設(shè)計(jì)上就要考慮從根本上改變這種局面，全部采用自動化儀表測量，采用TMU和專用軟件方式實(shí)現(xiàn)罐容計(jì)算，并與罐區(qū)自動控制系統(tǒng)和罐區(qū)生產(chǎn)管理系統(tǒng)相結(jié)合，提高全廠罐區(qū)的控制和管理水平。

2.1系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

罐區(qū)庫存統(tǒng)計(jì)和管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2.2系統(tǒng)的功能

庫存統(tǒng)計(jì)和信息管理系統(tǒng)具備下列功能：

1) 輸入現(xiàn)場的液位、溫度、壓力、靜壓、密度、水位等儲罐過程數(shù)據(jù)，按照管理需要進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)處理。

2) 提供儲罐參數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理及維護(hù)功能。儲罐參數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括： 罐類型、罐標(biāo)識、組分、計(jì)算方法、罐的高低限、操作高低限、罐底非罐容區(qū)、溫度和壓力高低限、液位報(bào)警及聯(lián)鎖值、靜壓力修正值、熱膨脹系數(shù)等。儲罐參數(shù)維護(hù)包括： 罐容積表、標(biāo)準(zhǔn)密度轉(zhuǎn)換表、體積修正系數(shù)轉(zhuǎn)換表、儲罐計(jì)量算法等。

3) 根據(jù)儲罐過程檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合罐容積表、石油計(jì)量表、化驗(yàn)室采樣分析等相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算各儲罐、各品種的庫存量，綜合統(tǒng)計(jì)出全罐區(qū)的總庫存量。

4) 建立全廠油品儲運(yùn)的進(jìn)出、庫存、運(yùn)輸數(shù)據(jù)庫，適應(yīng)計(jì)劃調(diào)度和統(tǒng)計(jì)查詢的需要。

5) 支持電子表格數(shù)據(jù)交換，按用戶定義將數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)生成報(bào)表、報(bào)告等。

6) 在控制系統(tǒng)操作站或管理單元服務(wù)器上提供人機(jī)操作界面，監(jiān)測儲罐的操作，顯示靜態(tài)、動態(tài)和歷史數(shù)據(jù)。

7) 具備與罐區(qū)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中其他部分的硬件、軟件功能接口，如： 輸送訂單管理、輸送自動化、油品調(diào)和優(yōu)化及管理、化驗(yàn)室分析等。大型罐區(qū)、多個(gè)罐區(qū)的工廠，應(yīng)設(shè)計(jì)和配備TMU和專用商業(yè)軟件構(gòu)成的罐區(qū)庫存統(tǒng)計(jì)和信息管理系統(tǒng)，并采用通信方式與DCS連接。

3罐區(qū)生產(chǎn)管理系統(tǒng)

為適應(yīng)現(xiàn)代化石油化工工廠的管理水平，合理地設(shè)計(jì)TMES是自控工程設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的內(nèi)容。TMES是生產(chǎn)管理系統(tǒng)(MES)的一部分，是罐區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行自動化及管理系統(tǒng)的簡稱。TMES運(yùn)行在自動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，集成和利用了自動控制系統(tǒng)的過程控制和檢測數(shù)據(jù)，處理成需要的信息，并向MES提供綜合查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表和信息管理功能。另一個(gè)作用是將來自MES的生產(chǎn)計(jì)劃和運(yùn)行方案處理成TMES和罐區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行自動化的指令，實(shí)現(xiàn)罐區(qū)的生產(chǎn)運(yùn)行和安全監(jiān)控。

圖5　罐區(qū)庫存統(tǒng)計(jì)和管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意

3.1罐區(qū)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的基本功能

TMES宜配備專用商品化軟件，以適應(yīng)罐區(qū)庫存管理、油品輸送訂單管理、油品輸送自動化、油品調(diào)和等生產(chǎn)業(yè)務(wù)對生產(chǎn)管理自動化的需要。TMES的基本功能如下：

1) 罐區(qū)油品收發(fā)、輸送、計(jì)量、存量統(tǒng)計(jì)。

2) 全廠罐區(qū)統(tǒng)一的綜合信息集成，顯示記錄、數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

3) 各管理部門對罐區(qū)的設(shè)備管理、庫存管理、產(chǎn)品輸送、汽車裝車、火車裝車、績效考核等各項(xiàng)管理調(diào)度操作。

4) 連接工廠管理網(wǎng)和過程控制網(wǎng)，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

5) 支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、工廠數(shù)據(jù)庫，為生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度管理建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫。

3.2罐區(qū)自動控制系統(tǒng)及生產(chǎn)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

罐區(qū)自動控制系統(tǒng)及TMES的基本結(jié)構(gòu)如圖6所示。

完整的罐區(qū)自動控制系統(tǒng)及TMES由四個(gè)層次構(gòu)成： 現(xiàn)場儀表、罐區(qū)自動控制系統(tǒng)、TMES和工廠信息管理系統(tǒng)，由此構(gòu)成了完整的儲運(yùn)自動化及管理系統(tǒng)。圖6中各層次的基本功能：

1) 罐區(qū)現(xiàn)場儀表。生產(chǎn)現(xiàn)場安裝的各種檢測儀表和監(jiān)控設(shè)備。

2) 罐區(qū)自動控制系統(tǒng)。采用DCS，PLC，SCADA實(shí)現(xiàn)罐區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行的過程控制、信號檢測、安全聯(lián)鎖、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)接口、數(shù)據(jù)服務(wù)和安全監(jiān)控等功能。

3) TMES。建立在罐區(qū)自動控制系統(tǒng)平臺上，在相應(yīng)的服務(wù)器上運(yùn)行專用管理功能的軟件。

4) 罐區(qū)生產(chǎn)計(jì)劃及調(diào)度。下達(dá)生產(chǎn)調(diào)度和管理指令，具備物料平衡、查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等綜合管理功能。

5) 工廠信息管理系統(tǒng)。即企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)(ERP)，是企業(yè)或工廠計(jì)劃、調(diào)度、管理的最高層。

3.3罐區(qū)生產(chǎn)管理系統(tǒng)專用軟件

TMES專用軟件包含多個(gè)功能軟件，例如： TIS，OMM，MAS，BOSS等。不同軟件制造商的軟件用途和功能有所不同，但多數(shù)功能是相似的。

圖6　罐區(qū)自動控制系統(tǒng)及TMES基本結(jié)構(gòu)示意

3.3.1罐存信息系統(tǒng)

罐存信息軟件主要任務(wù)是接收儲罐的測量數(shù)據(jù)和油品性質(zhì)分析數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行罐存量計(jì)算，并具備與過程控制系統(tǒng)和其他軟件的數(shù)據(jù)接口和報(bào)表功能。

TIS涉及的主要信息有罐存量、液位、溫度、油品的性質(zhì)數(shù)據(jù)、報(bào)警狀態(tài)、設(shè)定值、收油或發(fā)油作業(yè)狀態(tài)等。單個(gè)儲罐涉及的數(shù)據(jù)有罐容積表、罐空量、含水量、密度、最大和最小操作體積、收油或發(fā)油速度、聯(lián)鎖及報(bào)警值、作業(yè)時(shí)間等。

3.3.2油品輸送訂單管理系統(tǒng)

油品輸送訂單管理軟件的任務(wù)是對油品輸送過程進(jìn)行統(tǒng)一管理，根據(jù)指令允許啟動操作、跟蹤、記錄作業(yè)全過程信息，防止非計(jì)劃操作。油品收發(fā)訂單或輸送作業(yè)應(yīng)確定每個(gè)輸送任務(wù)的油品來源和目的地、品種、標(biāo)號、數(shù)量、操作人員、有效時(shí)間等。

3.3.3油品輸送自動化系統(tǒng)

油品輸送自動化軟件的任務(wù)是將收油、發(fā)油、倒罐等作業(yè)訂單轉(zhuǎn)化為設(shè)備操作指令，傳遞到現(xiàn)場設(shè)備，在控制系統(tǒng)中操作。要求輸送路線具備自動化條件，輸送過程設(shè)置自動化儀表監(jiān)控及聯(lián)鎖，因而需要在控制系統(tǒng)中配合相關(guān)的設(shè)備組態(tài)。如： 電動閥的開和關(guān)、輸送路徑的檢查、調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)、泵的啟停和聯(lián)鎖、流量累積的啟動和復(fù)位、現(xiàn)場每臺設(shè)備和工藝管線的運(yùn)行狀態(tài)等操作和提示。油品輸送自動化軟件一般具備如下功能：

1) 接受操作任務(wù)或調(diào)度指令。

2) 根據(jù)油品輸送任務(wù)自動檢查判斷輸入、輸出的合法性。

3) 全程監(jiān)視、跟蹤、記錄輸送操作及訂單完成情況。

4) 統(tǒng)計(jì)輸送數(shù)據(jù)、罐存量數(shù)據(jù)，為全廠物料平衡提供罐區(qū)的綜合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

5) 條件檢查判斷功能和多路徑選擇功能。工廠儲運(yùn)罐區(qū)不同于商業(yè)油庫，通常工程設(shè)計(jì)時(shí)就是按照固定來源、固定油品、固定目的地、固定管道輸送路徑設(shè)計(jì)。生產(chǎn)計(jì)劃部門訂單下達(dá)的油品輸送任務(wù)，輸送路徑是既定的，通常沒有多項(xiàng)選擇的必要，因而管道輸送過程中多路徑自動選擇沒有太大意義，而條件檢查判斷有實(shí)用意義。

3.3.4油品調(diào)和及優(yōu)化管理系統(tǒng)

油品調(diào)和及優(yōu)化管理軟件的運(yùn)行與罐區(qū)其他功能子系統(tǒng)有不可分割的交叉關(guān)系，所以應(yīng)具備與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，包括： TIS，化驗(yàn)室油品分析數(shù)據(jù)，計(jì)劃調(diào)度，油品調(diào)和控制器，自動控制系統(tǒng)的接口等。商品化的油品調(diào)和及優(yōu)化管理軟件包用于在線自動調(diào)和效益最明顯，具備如下功能：

1) 多組分、多品種油品調(diào)和優(yōu)化功能。

2) 多限制條件、多質(zhì)量權(quán)重控制與優(yōu)化功能。

3) 與調(diào)和控制器結(jié)合，具備多回路的流量控制功能，在控制系統(tǒng)的控制器中運(yùn)行。

4) 多種油品調(diào)和方案及優(yōu)化。

5) 調(diào)和方案自適應(yīng)。

6) 罐存油品接續(xù)調(diào)和的質(zhì)量補(bǔ)償功能。

油品調(diào)和可分為油品儲罐調(diào)和、油品管道比例調(diào)和、油品在線自動調(diào)和等。其中油品在線自動調(diào)和最復(fù)雜，是基于在線質(zhì)量測量的具有預(yù)測功能的前饋及反饋控制系統(tǒng)，包含多種約束指標(biāo)，如： 組分油成本、產(chǎn)品質(zhì)量、調(diào)和成本、組分油流量比限制條件、產(chǎn)品質(zhì)量過剩最小化、經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化等，是具有多輸入、多輸出、復(fù)雜模型和算法的多變量控制系統(tǒng)。

油品在線自動調(diào)和根據(jù)調(diào)和訂單將各組分油通過一個(gè)共用的調(diào)和頭完成調(diào)和。各組分油及產(chǎn)品均設(shè)有流量控制回路，采用在線油品質(zhì)量分析儀實(shí)時(shí)檢測分析質(zhì)量數(shù)據(jù)，根據(jù)最終產(chǎn)品當(dāng)前質(zhì)量偏差和約束條件隨時(shí)修正調(diào)和算法及操作，最終的產(chǎn)品質(zhì)量由油品質(zhì)量分析確定，屬于閉環(huán)控制，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)精確。

在線自動調(diào)和配備自動化儀表監(jiān)控及聯(lián)鎖，主要測量儀表和控制包括： 各組分油及添加劑流量控制，各組分油及調(diào)和油的性質(zhì)檢測，采用在線油品質(zhì)量分析儀，在罐區(qū)自動控制系統(tǒng)中執(zhí)行。

4結(jié)束語

石油化工儲運(yùn)罐區(qū)自控設(shè)計(jì)應(yīng)考慮罐區(qū)不同種類的儀表信號與控制系統(tǒng)之間的信號連接方案，出于對測量和信號傳輸精度的考慮，計(jì)量儲罐的雷達(dá)液位計(jì)、伺服液位計(jì)、磁致伸縮液位計(jì)等儲罐液位連續(xù)儀表應(yīng)采用通信信號，為減少電纜數(shù)量并減少敷設(shè)工作量，罐區(qū)的電動閥宜采用通信信號，采用TCU和MCU進(jìn)行通信信號連接的實(shí)際工程設(shè)計(jì)方法行之有效。

罐區(qū)自動控制系統(tǒng)的控制和檢測比生產(chǎn)裝置簡單，但是多了一項(xiàng)罐容計(jì)算和管理的任務(wù)。罐區(qū)的罐容計(jì)算和管理通常采用TMU和專用軟件方式實(shí)現(xiàn)。罐容計(jì)算根據(jù)測量儀表檢測到的儲罐的液位、溫度、油水界位、密度等過程變量信號，結(jié)合標(biāo)定的罐容積表，可以計(jì)算得出儲罐的準(zhǔn)確存量。

TMES是MES的一部分，集成和利用自動控制系統(tǒng)的過程控制和檢測數(shù)據(jù)，處理成TMES和工廠信息管理系統(tǒng)需要的信息，提供綜合信息管理功能，并將工廠信息管理系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃和運(yùn)行方案處理成TMES和罐區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行自動化的指令，實(shí)現(xiàn)罐區(qū)的生產(chǎn)運(yùn)行。

罐區(qū)工程設(shè)計(jì)之初就應(yīng)明確定位儲運(yùn)系統(tǒng)和罐區(qū)需要的自動控制水平和生產(chǎn)管理水平，整體規(guī)劃、合理構(gòu)建儲運(yùn)罐區(qū)的自動控制和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置。了解罐區(qū)生產(chǎn)操作的特點(diǎn)和需求，了解罐區(qū)自動化和管理系統(tǒng)各軟件包的用途和功能，有針對性地設(shè)計(jì)選用。合理的工程設(shè)計(jì)才是提高儲運(yùn)罐區(qū)自動控制水平和生產(chǎn)管理水平的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張華莎.石油化工油品儲罐計(jì)量與測量儀表設(shè)計(jì)方案[J].石油化工自動化，2015，51(05)： 1-7.

[2]張華莎.石油化工油品儲罐自動化儀表及工程設(shè)計(jì)[J].石油化工自動化，2015，51(06)： 6-13.

中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-7324(2016)01-0007-08

作者簡介：張華莎(1955—)，女，吉林長春人，1982年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院自動化系過程控制專業(yè)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)工作于中國石化工程建設(shè)有限公司，任教授級高級工程師。

稿件收到日期： 2015-12-10。