基于PLC的油库消防控制系统优化

刘晓之，文信剑，杨舒，吴政嫄，孙铁男，马赛麟

（1.中国民航大学，天津300300）

(2.中国航空油料有限责任公司天津分公司，天津415400)(3.中国石油集团测井有限公司天津分公司,天津 300280）

引言

石油储存罐具有易燃易爆腐蚀性强的特点，且往往在同一储罐区域内，发生火灾不易扑救，容易造成重大财产和人员伤亡[1]。采用PLC实现对消防水泵自动控制，大大减少了消防值班人员对消防水泵的手动控制，能更加及时应对突发险情[2]。

当前大部分油库消防系统的消防泵组、电动阀门等只能就地控制，没有故障报警及数据记录，不能联动控制，自控室不能监视消防系统的设备状态、消防水罐液位等数据。本文将通过设计一套消防自控系统，使得消防管线阀门可以远程控制开关、消防泵组可以远程启动、停止，远程监视仪表数据，如液位等。可以在供油自控室监视消防工艺系统设备状态、可以实现泵组与阀门的联动控制。

1 消防控制系统要求

油库消防系统需要能在罐区内发生火灾时第一时间发出警报，并且当火情较小时，值班人员能够通过一键控制及时处理，尽快消除灾情。完整的消防控制系统应该包括消防监测与报警装置、阀门和泵的联动控制系统、消防水罐补水系统等。

1.1 消防检测与报警装置

消防监测与报警装置是消防系统的眼睛，一旦监测到有灾情或是有发生的可能性，立即向自控室报警。在接到火灾报警，经人工确认后，可在消防值班室开启相应的消防控制阀和消防水泵进行灭火。它主要包括火焰探测器、温度探测器、可燃气体浓度检测器。

1.2 阀门和泵的联动控制系统

联动控制系统是整个系统的核心，当发生火灾时，通过一个联动按钮缩短启泵及开阀时间，为消防系统尽快投入作业赢得宝贵时间，同时可以提高开阀准确性并且减少误操作。通过程序联动不仅能开启需要的阀门还能确保不该打开的阀门处于关闭状态，节省宝贵的消防水源。该系统控制流程图如图1所示。

图1 联动控制系统流程

1.3 消防水罐补水系统

消防水罐补水系统主要由消防水池、液位检测计、水池供水泵以及电动阀组成。消防水池上安装有液位计，自动检测消防水池水位，水位下降至设定的低水位时，液位检测计自动向水泵发出指令，启动水池供水泵向水池供水；当水位上升至设定高液位时，自动关闭供水泵，停止补水。

2 消防控制系统工作原理

当前大部分的油库消防系统的配置如图2所示。根据图1的控制系统设计要求，图2中的1号油罐和2号油罐利用外界的自来水管网可以自动进行补水，它相对消防灭火系统是一个独立的系统，在设计时不予考虑；其中1、2、3号阀是进水阀，需要保持常开，我们需要设计一个控制系统使4号和6号阀门以及5号和7号阀门实现联动，从8号阀门出来的水需要与右边的两个泡沫罐里面的泡沫进行混合之后，经过管道传送到对应的油罐内，最后实现灭火。为了应对突发的火灾及时进行灭火来降低损失，我们需要通过一键启动4、5、6、7号阀，减少开阀的时间，然后再启动水泵出水，争取在火灾初期把火情控制住。

图2 消防系统具体配置

2.1 消防系统阀门控制

启动一个按钮使四个阀门按时间依次开启，中途按停止按钮，四个阀门立即关闭。图3是四个阀门依次顺序开启的PLC控制系统的外部接线图，其中I/O口分配如表1所示。

图3 阀门控制PLC外部接线

表1阀门I/O口分配说明

2.2 消防系统启泵控制

用一个按钮控制两台水泵依次顺序启动，可以通过按下按钮SB1，使第一台水泵M1启动，松开按钮SB1，使第二台水泵M2启动，再按停止按钮SB2，两台水泵都停止工作。因为消防水泵是10KV供电的高压水泵，此设计可以防止两台水泵同时启动对电网造成不良影响。上述消防水泵控制原理如图4所示。

图4 一个按钮控制两台水泵顺序启动

由此可以得到如图5所示的控制一个按钮顺序启动的PLC外部接线图。根据控制要求，其I/O端口分配情况如表2所示。

图5 控制水泵顺序启动PLC外部接线

表2 水泵I/O口分配说明

2.3 控制系统硬件配置

硬件设备分为上位机和下位机两部分，控制室配有1台监控计算机（上位机）来完消防工艺控制、成数据的处理、显示、存储、管理以及报警、报表等功能。上位机上运行控制软件，可使该控制系统直接通过以太网接入上一层的管理网，在控制中心也预留与管理网之间的通信接口以及与其它自控系统的接口。

下位机则采用S7-315DP/IN系列PLC控制器。其中I/O模块配置如下：模拟量输入模块（AI）为8路，数字量输入、输出模块（DI/DO）为32路[3]。

3 消防控制系统PLC程序设计

利用西门子PLC模块自主编程实现该控制，将程序设计简单化、程序化，有利于控制系统的稳定。把消防阀门和消防泵组引入PLC进行连锁控制，通过输入、输出模块由下位机传输至控制室的上位机，值班人员可以在监控室内进行远程监视[4]。

一个按钮控制四个阀门顺序启动的PLC控制梯形图如图6所示，其中PT的输入可以根据实际情况来确定间隔多少时间来依次开启阀门。同时，一个按钮控制两台水泵顺序启动的PLC控制梯形图如图7所示。

图6 阀门PLC控制梯形图

图7 启泵PLC控制梯形图

经过对基于一键启动的油库消防系统的分析和设计，可以将该系统的性能与普通油库消防系统的性能进行比较，如表3所示。

表3 基于一键启动消防系统与普通油库消防系统性能比较

4 总结

针对目前燃油公司采用的消防系统的不足之处，为减少发生火情时人工开启消防设备所消耗的时间，本文提出了采用优化PLC程序进行一键启动同时控制不同阀门和水泵这一方案，针对一键启动控制方式所需要的架构对PLC程序进行优化设计。目前该系统已完成安装调试，达到了预期效果。该系统的优化减少了因人工开启阀门所消耗的时间，有效地优化了阀门和水泵及时启动和工作。