中国石油武汉油库消防控制系统分析

黄晓东（中冶南方武汉钢铁设计研究院有限公司，湖北武汉430080）

中国石油武汉油库消防控制系统分析

黄晓东（中冶南方武汉钢铁设计研究院有限公司，湖北武汉430080）

本文介绍了油库的消防自控系统的组成及控制思想，并对消防控制功能的实现做了简要阐述。

PLC控制系统；故障安全；S7-400FH

引言

油罐区消防系统对确保油罐安全、降低火灾、扑救损失有着十分重要的作用。近年来，随着我国科学技术的发展，消防事业发展迅速，特别是计算机和现代通信技术的引入，使得消防设施的自动化、智能化水平不断提高，做到了早发现、早预防，努力将火灾消灭在萌芽状态，真正做到“防患于未燃”。

随着我国经济不断发展，对能源的需求量越来越大，大型油品储备基地随之诞生。控制系统根据工艺的要求，实现罐群管理功能；根据消防专业的要求，实现必要的消防控制，同时增加PLC控制系统提高消防的自动化水平，进一步满足了现代化生产的需要。

1　消防系统概述

1.1消防控制系统

在火灾发生时，消防控制控制需保持系统供电，并持续长时间工作。而过程控制在紧急切断完成后，应该断电，火灾发生后两者的运行方式不同。如油库消防控制系统与过程控制系统合并设置，过程控制系统也需带电运行，存在安全隐患，可靠性降低，也无法通过消防验收。

消防控制系统独立设置，实现火灾自动检测报警及联锁启动消防泵和阀门等设施。

1.2火灾检测仪表

目前成品油库消防报警仅设置了手动报警按钮，未设置火灾检测仪表，主要依靠操作人员巡检和电视监控发现火灾，而油库电视监控不能检测到罐区全貌，存在死角，因此监测的及时性不能保证，可能会贻误最佳救火时机。

消防系统由PLC、消防电动阀、消防水泵、手动报警按钮等组成。当油罐着火时，值班人员巡检时确认火情后，就近按下户外手动报警按钮，在控制室和消防值班室同时进行声光报警，值班人员远程启动消防水泵及其出口闸阀，开启着火罐和相邻罐消防冷却水干管控制阀。同时依次启动消防泡沫泵及其出口闸阀，开启泡沫比例混合器进、出口蝶阀，开启着火罐泡沫混合液干管控制阀。若消防水泵或泡沫泵出现故障，控制室值班人员应迅速关闭故障泵及其出口阀，启动备用泵及其出口闸阀。若远程操作出现故障，应迅速通知消防值班室人员进行就地手动操作。当油库综合楼或其它区域着火时，值班人员采用室内、外消火栓灭火。消防稳压泵自动运行，满足室内外消火栓用水量和用水压力。

消防系统的控制采用“手动+远程遥控”控制方式，消防控制系统设独立PLC系统一套，（包括CPU冗余、2台工作站、电源、I/O模块、网络交换机、RS-485/（TCP/IP）转换器及机柜等）并符合SIL2认证；控制采用“手动+远程遥控”消防控制方式，整个消防控制系统配置如图1。

1.3实现了多项先进技术的综合运用

图1　消防控制系统配置

（1）系统报警主机采用现今最先进的两总线信号传输控制技术，接收现场自动、手动信号后能对消防泵、空调、通风系统等进行联动控制，具备语音报警及中文显示功能，主机集总线报警与联动控制于一体，实现真正意义上的两总线传输控制。

（2）罐顶采用光纤光栅火灾探测器，对通过光纤光栅火灾探测器探测到的温度变化，进行程序计算与分析，设定报警点，排除干扰信号，减少误报警，提高报警的可靠性。

（3）采用的PLC控制技术，实现现场电动阀的开关控制及状态信号采集；实现消防水泵、消防泡沫泵、消防补水泵的启停控制及状态信号采集；监控消防水泵、消防泡沫泵工作时的电流电压状态，保护消防用水泵高压电动机的正常运转；监控管网压力，实现水泵出口处电动阀的比例控制，以便控制泡沫出口压力、水喷淋出口压力、消防水泡出口压力、消防管网压力；监控消防水罐水位。

（4）采用直观的CRT流程显示。

（5）通过光纤及局域网通讯方式，在调度中心楼CRT（上位机）上实现同步显示。

2　控制系统的配置

2.1系统硬件配置

控制系统分为PLC过程控制系统和HMI上位机监控系统两部分。

（1）过控制系统由西门子的1套冗余CPU S7-412FH和4个分布式I/O ET200M站组成，CPU与ET200M从站通过PROFIBUS-DP的网络方式进行数据通讯。其中 CPU及ET200M的输入输出模块均带有故障功能安全。

采用的故障功能安全主要是通过软件中的安全功能实现的。在发生紧急事件时S7-412 FH Systems执行安全功能以恢复或维护系统的安全状态。安全功能主要包含在以下组件中：①故障安全CPU（F-CPU）中的安全相关的用户程序；②故障安全输入和输出（F-I/O）。

F-I/O确保现场信息的安全处理（急停按钮、光栅和电机控制）。它们具有安全处理所需的所有硬件和软件组件，符合要求的安全等级。可以通过用户安全功能或故障响应功能提供该过程的安全功能。出现故障时，如果F系统无法再执行其实际用户安全功能，则将执行故障响应功能，例如，取消激活关联输出，以及在必要时将F-CPU切换至STOP模式等等，PLC的具体配置如图2。

图2　PLC控制系统硬件配置

（2）上位机监控系统由2台DELL工控机组成，工控机的硬件配置完全相同，根据安装软件的授权不同，分为1台工程师站和1台操作员站，可以互为备用，同时采用工业以太网，与PLC实现大量、快速的数据交换，达到实时监控的目的。

2.2系统软件配置

控制系统的软件配置：①2套DELL工控机中文WINXPSP2操作系统软件；②1套西门子公司的STEP 5.4编程软件；③1套西门子公司的SIMATICS7-400F/FH编程软件，带F功能程序块；④2套WINCC 6.2人机监控软件。

STEP7用于PLC程序逻辑编制，可用STL/LAD/FBD/CFC/ SFC/SCL等6种方式进行编程，可在线进行程序修改，监视过程运行。WINCC用于上位机画面图形及数据采集开发，集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合。

3　控制系统实现的功能

控制系统的功能如下：

消防水罐液位检测、显示；

消防水罐进水电动阀与水罐液位连锁，自动启/闭。消防水罐液位显示，自动补水，高低液位报警。

消防稳压泵运行状态显示，消防冷却水管网压力显示，与消防稳压泵连锁，低压启泵，高压停泵。

消防水泵、消防泡沫泵、消防备用泵远程启/停。

消防水泵、消防泡沫泵、消防备用泵出口闸阀远程开/关。

泡沫比例混合器进、出口蝶阀远程开/关。

消防稳压备用泵远程启/停，出口闸阀远程开/关。

每具油罐消防冷却水及泡沫干管控制蝶阀远程开/关等。

以老罐区G-3/1着火为例，其消防控制系统逻辑组成框图如图3。其中虚线内包括PLC和监控站。操作员在操作画面上发出指令，PLC控制系统中采用的标准功能块及逻辑程序将着火罐位号与对应消防泵及消防阀门进行比较一系列的判断、计算后，输出数字开关量信号来打开对应的消防泵及消防蝶阀，实现远程对着火罐降温、灭火的自动控制功能。

控制系统如图3。

图3　消防控制系统组成框图

程序采用西门子公司的STEP7编程软件及画面监控软件WINCC编制的。简化后的系统控制主程序块执行过程如图4所示。

图4　控制系统程序框图

消防阀门及水泵的控制操作分单动和联动两种方式。选择联动方式时，PLC控制系统调用程序块将经过逻辑比较判断，输出信号实现自动控制相应水泵及阀门；选择单动方式时，PLC控制系统可以直接控制任一台阀门的开闭及水泵的启停。部分水泵控制程序逻辑如图5。

图5　水泵控制程序逻辑图

4　结束语

储备油库基地消防监控系统，改变了原有消防报警系统传统的报警控制模式，在原有报警控制系统模式的基础上结合了PLC控制方式及PC上位机监视，使系统监控的智能化程度大为提高，其报警及灭火控制功能更为先进，能更好地适应现代化油库消防管理的需要，同时也为其他油库消防监控系统的实施提供了一种新的方式、一种新的思路。消防自动化系统自投运以来，系统一直运行稳定良好，从该系统的运行及实施中，我们可以得出以下几点经验：

（1）自动化系统设计的合理与否对整个消防系统至关重要。

（2）系统设计应遵循既经济又先进可靠的原则。

（3）应考虑为并入油库信息管理系统预留接口。

[1]S7 F_FH系统的组态与编程.

[2]S7分布式故障安全系统使用入门.

[3]SIMATIC S7中的安全工程.

TU998.1

A

2095-2066（2016）31-0096-02

2016-10-21

黄晓东（1977-），男，本科，从事仪器仪表、仪表自动化编程等设计工作。