胡金濤

（秦皇島港股份有限公司第一港務(wù)分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

秦皇島油港是油品和液體化工品儲運的綜合性液體散貨港，截至2012 年底，公司累計完成吞吐量近3.5 億噸，為國民經(jīng)濟的持續(xù)增長和秦皇島港的卓越發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)。隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，對油品及化工品等液體散貨的需求量不斷增大，加速了油港碼頭向著信息化、智能化、自動化方向發(fā)展的步伐。在液體散貨遠(yuǎn)程輸送管線上，具有截止、開啟、配送和調(diào)壓等多種功能的大口徑管道閥門是重要的基礎(chǔ)設(shè)備，閥門發(fā)生故障輕則影響輸油管線正常生產(chǎn)作業(yè)，重則導(dǎo)致管線的嚴(yán)重破壞，甚至造成人生安全，因此對管道閥門的全程狀態(tài)監(jiān)控顯得尤為重要。

1 系統(tǒng)總體分析

秦皇島油港現(xiàn)有7 個生產(chǎn)泊位，可接納1000～65 000 t 級的各種油品、化工品船舶的靠泊作業(yè)，設(shè)計年通過能力1700 萬噸。一期可視化系統(tǒng)中103 泊位、105 泊位、10 號墩均設(shè)有PLC遠(yuǎn)程站。其中，105 泊位現(xiàn)場PLC 泊位PLC 柜內(nèi)有擴展安裝數(shù)字量輸入輸出模塊的空間，103 泊位、104 泊位、10#墩PLC 柜內(nèi)均未設(shè)置備用通道。

本次設(shè)計主要針對碼頭輸油管線部分閥門安裝監(jiān)控系統(tǒng)，對手動閥門安裝限位裝置，部分管線安裝或更換壓力儀表，從而實現(xiàn)閥門狀態(tài)的實時監(jiān)控?，F(xiàn)有輸油管線采用如下設(shè)計方案:現(xiàn)有輸油管線手動閥門加裝限位裝置，同時設(shè)置PLC 分站，讀取限位裝置的信號；現(xiàn)有電動閥門信號直接通過PLC 經(jīng)過以太網(wǎng)上傳給上位機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對輸油管線手動及電動閥門的狀態(tài)實時監(jiān)控；部分管線加裝遠(yuǎn)傳壓力儀表，更換部分管線的壓力儀表為遠(yuǎn)傳儀表，實現(xiàn)中控室對現(xiàn)場管線的壓力、閥門狀態(tài)的實時監(jiān)控。

2 下位機PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計

管線閥門分布在距離較遠(yuǎn)的碼頭各個泊位，同時碼頭各泊位均已實現(xiàn)光纖通信，為PLC 間通信提供了以太網(wǎng)通信條件。項目采用體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力的西門子S7-300 系列PLC。綜合分析控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理量及性價比，項目最終選用西門子CPU315C-2DP 控制器及CP343-1 以太網(wǎng)模塊實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及與上位機的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信功能，PLC 與上位機之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信，準(zhǔn)確設(shè)置以太網(wǎng)參數(shù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

本項目中，105 泊位增加2 個數(shù)字量輸入模塊，104 泊位新增1 個防爆箱，加1 個PLC 遠(yuǎn)程站，將閥位信號、壓力信號就近進(jìn)站后，通過通信電纜傳輸?shù)娇刂凭W(wǎng)上。103 泊位PLC 柜和10#墩增加2 臺PLC 機柜，進(jìn)行IO 擴展，完成閥位、壓力信號的采集。同時項目預(yù)留PLC 模塊，為后續(xù)管線升級改造提供拓展空間。

3 可視化系統(tǒng)實現(xiàn)

可視化系統(tǒng)設(shè)在24 h 有人值守的值班室，采用西門子監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)平臺軟件WinCC7.0 開發(fā)而成，通過數(shù)據(jù)采集、組態(tài)、腳本語言等方式以全圖形化形式顯示碼頭管線閥門、壓力等的實時狀態(tài)，并記錄歸檔整個生產(chǎn)過程中所有閥門、壓力等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)增設(shè)聲光報警功能，當(dāng)閥門或壓力超過設(shè)定值時立即觸發(fā)聲光報警，第一時間提醒值班人員確認(rèn)，有效避免事故發(fā)生。

3.1 可視化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

可視化系統(tǒng)由操作監(jiān)視層、PLC 控制層和網(wǎng)絡(luò)通信層三部分組成。其中，操作監(jiān)視層為裝有西門子WinCC 組態(tài)軟件的服務(wù)器來實現(xiàn)輸油管線狀態(tài)的實時監(jiān)控、故障診斷和數(shù)據(jù)收集；控制層為西門子S7-300 PLC，來實現(xiàn)閥門開關(guān)信號及管線壓力的讀取和控制；網(wǎng)絡(luò)通信層采用通信速率可達(dá)100 Mbps 的以太網(wǎng)通信方式，如圖1 所示。

本項目采用可靠性較高的冗余的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選用以太網(wǎng)通信方式可以在保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性基礎(chǔ)上充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，降低投資成本，此外，該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)充分考慮后續(xù)管線溫度、流量計以及輸油臂等輸油設(shè)備的升級改造，具有良好的兼容性和靈活性。系統(tǒng)可通過腳本語言來進(jìn)行用戶授權(quán)管理、報表功能、設(shè)備使用管理等相關(guān)功能的二次開發(fā)，達(dá)到對碼頭輸油系統(tǒng)設(shè)備的深層次管理，實現(xiàn)輸油管線安全生產(chǎn)。

3.2 可視化系統(tǒng)運行

可視化系統(tǒng)設(shè)置為開機自動運行，當(dāng)出現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)閉或其他問題是，可以手動啟動，啟動方式如圖2 所示。

在現(xiàn)場部分顯示各個泊位管線閥門狀態(tài)，并將104 泊位和105 泊位管道壓力值保存起來以數(shù)值或者曲線形式供工程師查詢；通過標(biāo)題欄按鈕實現(xiàn)監(jiān)控畫面的切換；用戶登錄及注銷?？梢暬到y(tǒng)畫面設(shè)計如圖3 所示，畫面中顏色說明:灰色:管線和閥門的狀態(tài)為開；深色:管線和閥門的狀態(tài)為關(guān)；淺色:此閥門沒有安裝檢測裝置或電動閥門沒有啟用等原因。由于107 泊位和一期泊位閥門不在此次設(shè)計系統(tǒng)中，故閥門狀態(tài)不做參考。

圖1 可視化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 可視化系統(tǒng)啟動流程

3.3 系統(tǒng)遠(yuǎn)程訪問

為監(jiān)控方便，閥門狀態(tài)可視化系統(tǒng)可以為非現(xiàn)場人員提供查看方式，在需要查看閥門狀態(tài)的聯(lián)網(wǎng)客戶端打開網(wǎng)頁，在網(wǎng)址一欄輸入:192.168.211.216，回車，第一次訪問按要求安裝wincc webnavigator 控件，安裝完成后即可訪問閥門監(jiān)控系統(tǒng)。通過遠(yuǎn)程訪問，可以實現(xiàn)工程師遠(yuǎn)程對閥門狀態(tài)異常情況進(jìn)行遠(yuǎn)程技術(shù)支持。

4 結(jié)束語

閥門狀態(tài)可視化系統(tǒng)在分析港口現(xiàn)有閥門狀態(tài)情況下，實現(xiàn)工作人員對該閥門進(jìn)行實時監(jiān)控，具有較高的可靠性和運行效率。輸油管線閥門狀態(tài)的遠(yuǎn)程、實時、可視化監(jiān)控是實現(xiàn)液體散貨安全高效裝卸的基本保證。此次系統(tǒng)改造，實現(xiàn)了秦皇島油港閥門狀態(tài)的共享。通過一期系統(tǒng)的改造，基本消除了生產(chǎn)中的重大安全隱患，提高了閥門故障檢測的準(zhǔn)確性和及時性。隨著物聯(lián)網(wǎng)等物流信息化技術(shù)在碼頭的逐漸應(yīng)用，后期整改中，將充分利用新的傳感技術(shù)、計算機等技術(shù)實現(xiàn)港口設(shè)備的協(xié)同控制和故障診斷機制。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)運行