石油储运监测管理系统的优化设计

覃　毅　韦绍远

摘要:本文介绍了石油储运监测管理系统的设计方案、系统组成、硬件设计与软件设计,同时采用3级故障显示报警系统提高系统的可靠性。

关键词:油料储运 可靠性 软件设计

中图分类号:TE8文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)03-0045-01

油库中油料储存罐和输油管道所使用的各种控制阀门是油料储运过程中必不可少的现场仪表,其智能化程度的高低、所含信息的多少和对故障的诊断与容错能力直接影响到数据采集与监控系统的可靠性、稳定性和易用性。通常库区中的控制阀数量众多且分散,普通的控制阀所含信息量少而布线繁多,这在一定程度上使库区监测管理系统的设计复杂化。该系统智能阀控制设备与PLC的结合使得罐区储运监控系统布线简洁、控制方便,PLC的冗余以及Pakscan IIE主站控制器的双备保证了系统的高可靠性,也提高了控制系统的自动化程度。

1系统需求分析

①对整个罐区的温度、压力、流量、液位、可燃气体浓度、状态等参数进行检测;

②油库的数据采集、数据处理及存储归档、控制;

③对阀门的开/闭、泵的启/停进行监控;

④打印各种生产报表、输油泵故障诊断及分析、仪表故障诊断及分析等功能;

⑤彩色显示有关画面、参数及声光信号报警;

⑥与工厂信息网连网,传递有关信息。

2 系统的硬件实现

2.1 系统的设计

控制中心是本系统的调度指挥中心,操作人员在控制中心通过计算机系统即可完成对全库区的操作和运行管理等任务。其主要功能:库区管理;数据采集和处理;与第三方的监控系统或智能设备通讯;逻辑控制、连锁保护、流量计算。主站控制器是由主CPU卡、环路通讯卡、电源、液晶显示器和16按钮键盘组成的盘装智能仪表。它内部有两个固定的数据库,一个是现场单元数据库,负责接收并记录从两线环路传来的智能阀的地址、转矩、开度等数据,根据从上位机传来的读写命令控制阀门的运动,该数据库从逻辑上划分为4个区,每个区记录60个阀门的数据;另一个数据库为主站控制器状态及自诊断数据库,负责记录通讯协议的有关状态并向智能阀发布命令。通过主站控制器的按键和液晶显示器,可以实现读取智能阀的开度、转矩、地址等数据,控制阀门的开闭,接收报警信号及与PLC通讯等功能。

2.2 系统结构

该系统采用的是Modbus通讯协议,一台PLC可以连接多台Pakscan IIE主站控制器,因此,若现场智能阀较多,系统可以很方便地扩展而且连线简单。正常运行情况下,主PLC和主控制器工作,从PLC和备控制器分别与主PLC和主控制器保持同步。智能阀将数据传送给主控制器,主PLC通过RS-485接口从主控制器中读取数据,并向其发布命令,主控制器再执行命令,驱动智能阀按命令运转。当主PLC或主控制器出现故障时,系统能分别自动切换到从PLC或备控制器。

3 软件设计

软件实现组态化,可选用国际流行的、最为工业控制界青睐的工控组态软件,具有很高的可靠性和灵活性。

3.1 通讯程序设计

主通讯模块的程序设计有3部分内容:初始化通讯模块;读写Modbus/RTU数据;监测通讯状态。

通讯模块的初始化工作主要是配置3个初始化控制块的参数:Slave控制块(SCB),信息控制块(MCB)和通讯要求参数块(COM_REQ)。所有这些初始化参数在PLC上电或冷启动初始化的第一个扫描周期内加载到RTU主通讯模块,此后RTU主通讯模块负责与主站控制器通讯,而PLC则与RTU主通讯模块交换数据。读写Modbus/RTU数据和监测通讯状态的编程相对简单,只要读写初始化时定义的相应的PLC参数地址即可。

3.2 软件设计

上位监控站可以准确的监测和控制储运过程的所有信息和设备。通过编程、组态、连接,形象地反映实际工艺流程、显示动态数据,设置PID控制参数以及过程参数,并可以查看历史趋势、报警历史报表等。现场电动阀配置在流程的输油管线上,通过按钮可以人工启动、停止和关闭任一个阀门,并显示任意时刻的阀门状态和阀位值。设计良好的人机界面使操作简便、直观。

3.3 故障报警系统设计

在自动控制系统的设计中我们设计了3级故障显示报警系统,1级设置在控制现场各控制柜面板,用指示灯指示设备正常运行和故障情况,当设备正常运行时对应指示灯亮,当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。2级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上,当设备出现故障时,有文字显示故障类型,工艺流程图上对应的设备闪烁,历史事件表中将记录该故障。3级故障显示设置在中心控制室信号箱内,当设备出现故障时,信号箱将用声、光报警方式提示工作人员,及时处理故障。在处理故障时,又将故障进行分类,有些故障是要求系统停止运行的,但有些故障对系统工作影响不大,系统可带故障运行,故障可在运行中排除,这样就大大减少整个系统停止运行时间,提高系统可靠性运行水平。

4 系统操作原则

在正常情况下,由控制中心对整个储备库进行监视和控制。调度和操作人员在控制中心通过计算机系统完成对全库区的监视、操作和管理。通常情况下,各现场监控单元无须人工干预,全库区的控制系统在控制中心的统一指挥和管理下完成各自的工作。当数据通信系统发生故障或控制中心主计算机发生故障或系统检修时,可切换成现场人工就地控制。

5 结束语

系统规模由单个罐区的分别监控,发展到将各罐区和装车站联接成储运监控系统;计算机网络在系统中也被广泛应用,包括现场总线、储运系统及全厂的生产、调度、管理在内的多级网络为用户实现采集与控制分散,信息集中提供最有力的支持,进而可以实现控制管理一体化,有力地提高企业的管理水平,提高效益。

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