基于現(xiàn)場總線的油庫監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)
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油庫作為協(xié)調(diào)原油生產(chǎn)和加工、成品油運輸及供應(yīng)的紐帶，發(fā)揮著重要的作用，其業(yè)績優(yōu)劣、效率高低將直接影響到石油企業(yè)的整體效益。然而在我國，油庫自動化水平與石油能源被重視程度相比還有較大距，如：自動化設(shè)備少，生產(chǎn)管理過程還依賴人工監(jiān)測、作業(yè)，人員龐大，效率不高；自動化程度低，設(shè)備功能單一，智能化儀表應(yīng)用不夠，系統(tǒng)間集成困難，數(shù)據(jù)分散；采用傳統(tǒng)信號傳輸方式，增加了傳統(tǒng)儀、管線的安裝、敷設(shè)工程量，同時加大了現(xiàn)場維護(hù)、防爆的難度。
油庫一般位于較空曠的地方，占地面積較大，罐區(qū)分散，相距較遠(yuǎn)，且遠(yuǎn)離主控室，在油庫監(jiān)控中需對現(xiàn)場層的油泵閥位進(jìn)行控制以有效地控制進(jìn)出油品；對于儲罐溫度以及油霧密度、罐壁壓力等有嚴(yán)格的限制，對現(xiàn)場進(jìn)行電視監(jiān)控，從而可確保工作現(xiàn)場的安全性。由于工作環(huán)境的分散和現(xiàn)場突發(fā)事件后果嚴(yán)重的特點，所以不允許太長的檢修時滯存在，這樣就制約了人工的實時檢修，也產(chǎn)生了我們需要的“集中管理、分散控制、及時報修”的控制系統(tǒng)功能要求。在輸轉(zhuǎn)油料時主要需對油庫的閥位狀態(tài)和油品流量進(jìn)行檢測，在儲存期間采集油料液位、溫度、密度、壓力等參數(shù)，同時將在罐區(qū)所測的一系列物理量參數(shù)在控制室的工控機上顯示出來，輔以信息流暢通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成統(tǒng)一的MIS系統(tǒng)，以利于油庫的管理。
面對日益激烈的國際能源市場競爭，在石化企業(yè)安全事故頻發(fā)的背景下，迫切要求油庫提高效率、加快周轉(zhuǎn)，加強安全管理，提高自動化水平，以油庫信息化、自動化的技術(shù)手段構(gòu)建一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、處理平臺，最終優(yōu)化石油企業(yè)整體功能，增強其綜合競爭力。
2油庫監(jiān)控系統(tǒng)工程概況
2.1油庫介紹
油庫是接卸、儲存、供應(yīng)油品的基地，而原油有易爆、易燃、易揮發(fā)、易聚積靜電等屬性，所以庫
區(qū)范圍大，路線遠(yuǎn)，從而導(dǎo)致監(jiān)控站遠(yuǎn)離各罐區(qū)現(xiàn)場的作業(yè)層，這樣就需要現(xiàn)場的信息能夠及時有效地傳輸?shù)奖O(jiān)控站，便于主站迅速給出指令。總的來講，依照工廠自動化系統(tǒng)的架構(gòu)，整個油庫可分為3個不同層次，即底層作業(yè)層、監(jiān)控層和管理層。作業(yè)層包括現(xiàn)場的監(jiān)控設(shè)備、自動檢測、自動控制系統(tǒng)，具體實施包括計量、收、發(fā)油品的運作過程，油罐自動檢測控制部分、油庫現(xiàn)場視頻安全、油氣報警設(shè)備。監(jiān)控層在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，收集作業(yè)部分采集的數(shù)據(jù)和信息，提供系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控平臺，滿足集中管理的要求，為最高部分的管理層系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，支持日常業(yè)務(wù)管理和決策。油庫管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
本文所述油庫共設(shè)6×1000m3儲罐，彼此相距數(shù)百米，對于每個罐區(qū)，都有自動付油系統(tǒng)、罐區(qū)儲油計量系統(tǒng)、油氣泄漏監(jiān)控報警裝置和視頻監(jiān)控、噴淋降溫設(shè)備，現(xiàn)場的儀器儀表較為復(fù)雜。
2.2罐區(qū)檢測設(shè)備及控制對象
如上所述，6個罐區(qū)中的每一個都具有油罐液位檢測裝置、溫度測量裝置，使用磁致伸縮式液位計測量液位，用熱電阻作為溫度感應(yīng)探頭；為了避免溫度過高使油罐內(nèi)的油品油質(zhì)變劣和保證油霧密度在本質(zhì)安全范圍內(nèi)，要求溫度被控制在低于35℃，為此，設(shè)置自動噴淋裝置，同時配套電機、水池等，這些組成罐區(qū)自動測量單元；在接卸、輸送油料過程中，使用流量計精確測量油料的質(zhì)量，質(zhì)量流量計的精度和綜合性能較好，不僅可以測量流量和理論質(zhì)量還可測量油料的密度、壓力等參數(shù)。使用數(shù)字式電磁閥控制油料收發(fā)，同時配以防溢油開關(guān)實現(xiàn)定量以減少油氣損耗，為防止輕質(zhì)油由于氣溫變化在輸送過程中出現(xiàn)氣泡對儀表的測量精度和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，在流量計前安裝消氣過濾器以保證測量精度，在現(xiàn)場還配以IC卡讀寫器進(jìn)行用戶自助發(fā)油，這些組成接卸、輸送單元；在安全保護(hù)報警方面，應(yīng)用防雷、防靜電接地開關(guān)。設(shè)置安全檢測裝置，在罐區(qū)、泵房、閥門間等疑似可燃?xì)怏w泄漏點加設(shè)可燃油氣報警裝置、高阻漏油檢測裝置，以消除隱患。另外罐區(qū)還有數(shù)個不同角度的攝像頭，進(jìn)行動態(tài)監(jiān)視，多幅視頻圖像可以通過同軸電纜與切換器、監(jiān)視器相聯(lián)，這樣主控室可以全面把握各罐區(qū)現(xiàn)場圖像動態(tài)信息，為采取消防措施作出迅速反應(yīng)，這些組成安全監(jiān)控及超限報警單元。以上就是現(xiàn)場的一些檢測系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)，均選用較為先進(jìn)的產(chǎn)品，并根據(jù)安裝的環(huán)境要求具有相應(yīng)的防護(hù)等級。
3油庫監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)方案
3.1現(xiàn)場總線
現(xiàn)場總線是隨數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場而興起的工業(yè)控制系統(tǒng)的新型通訊標(biāo)準(zhǔn)，它有如下優(yōu)點：①數(shù)字化，用于生產(chǎn)管理的企業(yè)局域網(wǎng)與自動控制的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)緊密銜接，數(shù)字信號精度高、抗干擾能力強，整個系統(tǒng)可靠性高；②全分布式，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備智能化，系統(tǒng)分布式控制；③自診斷多功能智能化現(xiàn)場儀表，避免了傳統(tǒng)儀表功能單一的弱點，可將自診斷信息上傳到主控室且獨立工作能力強，提高了整個系統(tǒng)的可靠性和容錯能力；④減少了布線工程量，設(shè)備接人總線網(wǎng)絡(luò)；⑤系統(tǒng)具有開放性和互操作性，符合國際標(biāo)準(zhǔn)的不同廠商的產(chǎn)品可集成使用，降低了控制系統(tǒng)的成本。
3.2應(yīng)用基于PROFIBUS的西門子全集成自動化技術(shù)構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)
依據(jù)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點和適用范圍，結(jié)合本工程的實際狀況和技術(shù)要求，采用PRO—FIBUS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。圖2為監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
本系統(tǒng)是由一整套以PLC為核心、開放式現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)為主體架構(gòu)的計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具體分為3個層次：①管控主站層；②庫區(qū)PROFIBUS–DP主干網(wǎng)絡(luò)層；③執(zhí)行器、傳感器層。
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