秦皇岛油港阀门状态可视化监控实现方式

胡金涛

（秦皇岛港股份有限公司第一港务分公司，河北秦皇岛 066000）

0 引言

秦皇岛油港是油品和液体化工品储运的综合性液体散货港，截至2012 年底，公司累计完成吞吐量近3.5 亿吨，为国民经济的持续增长和秦皇岛港的卓越发展做出了卓越的贡献。随着我国经济的持续发展，对油品及化工品等液体散货的需求量不断增大，加速了油港码头向着信息化、智能化、自动化方向发展的步伐。在液体散货远程输送管线上，具有截止、开启、配送和调压等多种功能的大口径管道阀门是重要的基础设备，阀门发生故障轻则影响输油管线正常生产作业，重则导致管线的严重破坏，甚至造成人生安全，因此对管道阀门的全程状态监控显得尤为重要。

1 系统总体分析

秦皇岛油港现有7 个生产泊位，可接纳1000～65 000 t 级的各种油品、化工品船舶的靠泊作业，设计年通过能力1700 万吨。一期可视化系统中103 泊位、105 泊位、10 号墩均设有PLC远程站。其中，105 泊位现场PLC 泊位PLC 柜内有扩展安装数字量输入输出模块的空间，103 泊位、104 泊位、10#墩PLC 柜内均未设置备用通道。

本次设计主要针对码头输油管线部分阀门安装监控系统，对手动阀门安装限位装置，部分管线安装或更换压力仪表，从而实现阀门状态的实时监控。现有输油管线采用如下设计方案:现有输油管线手动阀门加装限位装置，同时设置PLC 分站，读取限位装置的信号；现有电动阀门信号直接通过PLC 经过以太网上传给上位机监控系统，实现对输油管线手动及电动阀门的状态实时监控；部分管线加装远传压力仪表，更换部分管线的压力仪表为远传仪表，实现中控室对现场管线的压力、阀门状态的实时监控。

2 下位机PLC 控制系统设计

管线阀门分布在距离较远的码头各个泊位，同时码头各泊位均已实现光纤通信，为PLC 间通信提供了以太网通信条件。项目采用体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力的西门子S7-300 系列PLC。综合分析控制系统数据处理量及性价比，项目最终选用西门子CPU315C-2DP 控制器及CP343-1 以太网模块实现系统的数据处理及与上位机的以太网数据通信功能，PLC 与上位机之间通过以太网进行通信，准确设置以太网参数，从而实现数据通信。

本项目中，105 泊位增加2 个数字量输入模块，104 泊位新增1 个防爆箱，加1 个PLC 远程站，将阀位信号、压力信号就近进站后，通过通信电缆传输到控制网上。103 泊位PLC 柜和10#墩增加2 台PLC 机柜，进行IO 扩展，完成阀位、压力信号的采集。同时项目预留PLC 模块，为后续管线升级改造提供拓展空间。

3 可视化系统实现

可视化系统设在24 h 有人值守的值班室，采用西门子监控与数据采集系统开发平台软件WinCC7.0 开发而成，通过数据采集、组态、脚本语言等方式以全图形化形式显示码头管线阀门、压力等的实时状态，并记录归档整个生产过程中所有阀门、压力等数据，系统增设声光报警功能，当阀门或压力超过设定值时立即触发声光报警，第一时间提醒值班人员确认，有效避免事故发生。

3.1 可视化系统结构设计

可视化系统由操作监视层、PLC 控制层和网络通信层三部分组成。其中，操作监视层为装有西门子WinCC 组态软件的服务器来实现输油管线状态的实时监控、故障诊断和数据收集；控制层为西门子S7-300 PLC，来实现阀门开关信号及管线压力的读取和控制；网络通信层采用通信速率可达100 Mbps 的以太网通信方式，如图1 所示。

本项目采用可靠性较高的冗余的网络拓扑结构，选用以太网通信方式可以在保证数据传输稳定性基础上充分利用现有网络设施，降低投资成本，此外，该结构系统充分考虑后续管线温度、流量计以及输油臂等输油设备的升级改造，具有良好的兼容性和灵活性。系统可通过脚本语言来进行用户授权管理、报表功能、设备使用管理等相关功能的二次开发，达到对码头输油系统设备的深层次管理，实现输油管线安全生产。

3.2 可视化系统运行

可视化系统设置为开机自动运行，当出现监控系统关闭或其他问题是，可以手动启动，启动方式如图2 所示。

在现场部分显示各个泊位管线阀门状态，并将104 泊位和105 泊位管道压力值保存起来以数值或者曲线形式供工程师查询；通过标题栏按钮实现监控画面的切换；用户登录及注销。可视化系统画面设计如图3 所示，画面中颜色说明:灰色:管线和阀门的状态为开；深色:管线和阀门的状态为关；浅色:此阀门没有安装检测装置或电动阀门没有启用等原因。由于107 泊位和一期泊位阀门不在此次设计系统中，故阀门状态不做参考。

图1 可视化系统结构图

图2 可视化系统启动流程

3.3 系统远程访问

为监控方便，阀门状态可视化系统可以为非现场人员提供查看方式，在需要查看阀门状态的联网客户端打开网页，在网址一栏输入:192.168.211.216，回车，第一次访问按要求安装wincc webnavigator 控件，安装完成后即可访问阀门监控系统。通过远程访问，可以实现工程师远程对阀门状态异常情况进行远程技术支持。

4 结束语

阀门状态可视化系统在分析港口现有阀门状态情况下，实现工作人员对该阀门进行实时监控，具有较高的可靠性和运行效率。输油管线阀门状态的远程、实时、可视化监控是实现液体散货安全高效装卸的基本保证。此次系统改造，实现了秦皇岛油港阀门状态的共享。通过一期系统的改造，基本消除了生产中的重大安全隐患，提高了阀门故障检测的准确性和及时性。随着物联网等物流信息化技术在码头的逐渐应用，后期整改中，将充分利用新的传感技术、计算机等技术实现港口设备的协同控制和故障诊断机制。

图3 监控系统运行