罗克韦尔油库储运自动化监控系统
- 关键词：编码器,电机,opc,伺服
- 作者：上海远动科技有限公司 陈宗梁
- 摘要：根据要求，本系统主要实现以下目标： 1．率先在东罐区实现对9个储油罐的液位、温度、压力等数据的全方位实时监测及HIMS储油罐数据处理功能； 2．东罐区1#泵房油泵运行工况实时监测，并对其中的出口油泵实行点动控制操作以及与油码头油料发放实行远程联动控制操作。 3．实现东罐区油料收发业务管理的网上作业，并与监控服务器组成东罐区油库综合管理系统局域网； 4．在软硬件系统的配置和设计上，为将来系统扩展到西罐区及整个油库，以及今后的技术改造预留接口。
一、概 述
油库分为东罐区和西罐区，其中，东罐区共有9个储油罐，罐区值班室1个，油泵房1个（1#泵房），共安装11台油泵。西罐区共有21个储油罐，2个罐区值班室，2个油泵房（2#、3#泵房），其中2#泵房安装10台油泵，3#泵房安装5台油泵。
油料码头有两个油料收发口，与油轮直接连接进行汽油、柴油、航油等油料的收发作业，汽油、柴油发油口能通过流量计分别计量。另外，油库已经实现了汽车油罐车、火车油罐车的自动计量和发油数据的计算机管理。
根据要求，本系统主要实现以下目标：
1．率先在东罐区实现对9个储油罐的液位、温度、压力等数据的全方位实时监测及HIMS储油罐数据处理功能；
2．东罐区1#泵房油泵运行工况实时监测，并对其中的出口油泵实行点动控制操作以及与油码头油料发放实行远程联动控制操作。
3．实现东罐区油料收发业务管理的网上作业，并与监控服务器组成东罐区油库综合管理系统局域网；
4．在软硬件系统的配置和设计上，为将来系统扩展到西罐区及整个油库，以及今后的技术改造预留接口。
二、系统总体结构
本项目在系统结构设计上，采用符合工业设计规范要求的设备层、控制层和信息层的分层结构模式，同时，在信息层采用双服务器构架模式，使东罐区成为功能相对独立和完整的局域网。该局域网通过光缆与油库计算机中心的主服务器相连，成为油库网络构架的一个子网。
在系统设备层中，主要监测和控制的设备为：储油罐、油泵、油阀和油料计量设备。其中对储油罐的监测，采用荷兰Enraf公司的CIU Peime进行集中数据采集，然后将采集的储油罐工况数据送PLC和CIU Plus。CIU Prime可以同时扫描监测50座油罐，一期先监测东罐区的9个储油罐，今后西罐区建立监控系统时，将西罐区的21个储油罐一起纳入CIU Prime的监测扫描序列。对于油料码头的BDQC油料装车控制仪由码头上的油料收发工作站直接连接，进行数据交换和操作，收发操作数据由油料收发工作站通过已有的光缆发送到东罐区监测服务器进行数据存储和处理。对于1#泵房油泵设备以及对于油路管道上的油阀的监测和控制，通过专门配置的变送器或执行机构，以直接I/O的方式相连。
在控制层中，主要以PLC可编程逻辑控制器为中心，负责对1#泵房设备和管道设备的实时监测控制，同时，CIU Prime通过MODBUS通讯接口将安全报警信号传送给PLC，由PLC进行实时报警处理，并为今后安全联锁机制预留接口。此外，在控制层中，配置荷兰Enraf公司的CIU Plus负责接收从CIU Prime传送过来的储油罐实时数据，进行HIMS计算后，向信息层转发油高、水高、平均温度、标准体积、质量等数据。控制层对下与每一台监控设备相连，对上通过DH+与监控服务器相连，形成东罐区的实时控制网。
信息层是油库的油料流程管理的枢纽，形成油库自动化信息管理系统的主集，东罐区实时监控系统作为该主集下的一个子集，系统的功能支点立足于油料信息管理MIS部分，而实时监控部分成为整个系统的功能模块之一。
鉴于上述功能构架，系统采用Client/Server结构方式，以信息管理服务器为核心，下面挂接：各油料流程管理工作站和各监控工作站，形成网络化布局和分布式实时监控系统，形成油库作业管理MIS系统。监控中心平台采用以服务器为中心的分布式操作工作站的形式 (Distributed Monitor System), 履行实时监控和实时数据交换的职能，通过数据事务处理软件RSSQL，所有实时信息和操作信息都汇总在该服务器上，由服务器统一储存管理。
监控系统在东罐区设两个操作工作站：东罐区监控工作站和油料码头油料收发工作站。其中，罐区监控工作站承担对9座储油罐和对1#泵房8台离心泵的实时监测和其中2台油泵的点动控制操作，操作员通过操作工作站的平台，对整个东罐区实施全面监测和控制操作，值班员通过监控工作站可以实时掌握整个东罐区9座储油罐、1#泵房8台离心泵以及油路管道主要阀门的当前状态和设备运行工作状态，以及对油库码头的监视，掌握正在进行油料收发操作油路的路径走向和运行状况。油料码头的油料收发作业是东罐区的一项主要的操作业务，因此在油料码头配置一台油料收发工作站承担对油料收发控制仪的操作控制和对1#泵房出口油泵的联动控制，以及作业票验证、收发作业现场信息输入保存、发油过程监测控制、油料发放计量和数据转发等一整套油料收发流程，包括对1#泵房出口油泵的联动控制以及向监控服务器转发油料收发计量数据的职能。油库的报警系统直接由监控服务器控制，当发生重要紧急报警。服务器将通过Modem拨号网络直接向油库主管领导呼叫，由油库主管领导直接指挥紧急报警事件的处理。
东罐区信息管理服务器承担东罐区油料收、发、存三个环节的管理职能，采用以服务器为平台的流程控制形式。其主要分布有：油料支拨管理工作站、油料仓库工作站、统计报销管理工作站等，同时，包括油料码头的油料收发工作站，形成了油库管理收、发、存为一体的、闭环的管理控制流程链路，涵盖与油料收发业务和油库信息管理有关的所有事务，如油料支拨单管理、作业票验证和管理、油料收发计量统计、油库存量统计管理、东罐区设备管理等一系列环节功能，所有的油料收发作业管理、油料仓库库存管理、东罐区信息查询统计、报表打印等都通过该服务器实现网上操作。同时，东罐区管理服务器作为整个油库主网上的一个网络节点，承担着与油库计算机中心主服务器之间进行信息交换和数据存储仓库的网络节点枢纽职能，以及在油库内部网上发布东罐区油料共享信息Web页的功能。
由网络服务器构成相对独立和完整的油库自动控制管理体系。由于采用了Client/Server结构，使得系统的监控功能和管理功能的可扩性得到同步提高，无论是扩展监控功能，还是扩展管理功能，只要在网络构架上挂上相应功能的工作站便完成相应功能的扩展。而且服务器所具有的海量数据存储能力，使得油库数据异机安全备份成为可能。
三、一次仪表及执行机构与系统的通讯链接
对于一个完整而有效的控制系统来说，一次检测仪表和执行机构是至关重要的。
储油罐是油库的主要设备和监测对象，油库选用的油罐监测仪表是荷兰Enraf公司的伺服式液位仪，其测量精度可达正负1毫米，量程范围为0-37000毫米，适用于低压605Kpa和高压4000Kpa的压力范围，环境温度为-40℃- +85℃,该产品运行可靠，完全适合油库储油罐的监测要求。
伺服式液位仪的通讯采用串行ASCII码，双向标志调制。协议采用标准Enraf现场总线（GPU协议），同时，它也提供RS-232和RS-485的数据通道，因此，原则上伺服式液位仪能直接向PLC传送液位信号。但是，本项目同时选用了Enraf公司为854ATG配套提供的CIU接口单元，不仅实现一次仪表与控制层和信息层之间数据链路的集约化的“无缝连接”，而且，通过在储油罐上设置压力变送器以及单点温度测量Pt100等现场仪表，经过Enraf CIU Plus的组合数据运算和处理，实现了储油罐的HIMS计量统计，并通过总线方式直接送到控制室。
1#泵房共有11台油泵，一期工程对其中8台油泵（离心泵）的开停状态和电机电流进行实时监测。
由于储油罐区域和油料泵房属于安全隔离区域，因此PLC柜将不安装在储油罐区域和油料泵房现场，而是安装在东罐区控制室中。所有进入储油罐区域和1#泵房的信号线均带安全隔离。
一期工程对与油料码头有关的两台油泵（汽油、柴油各一台）实施出口压力远程监测和启停控制。
油料码头是油料收发的重要环节之一。油料码头共有两个油料收发口，流量计量使用进口高精度质量流量计，油料收发执行机构使用国产隔爆型定量控制仪，该控制仪具有就地和遥控两种工作方式，遥控操作通过RS-485与码头油料收发工作站实现，油料收发工作站与泵房PLC建立逻辑联动关系，按照流程控制的方式，只有当现场按照流程对油料收发进行操作时，系统才按步骤进入油料收发控制程序，也只有当必要条件满足时，系统才允许对定量控制仪进行油料收发控制操作和对1#泵房的联动遥控操作。对系统操作的安全检验程序和对操作的流程控制机制，确保了油料收发的安全性和可靠性。
四、PLC系统的设计
1、PLC系统功能
－－ 储油罐安全报警处理
储油罐报警是东罐区优先级别最高、最为重要的报警，对于油库报警采取分级报警的方式：
一般报警：仅在监控工作站或者油料收发工作站单机上以声光形式进行报警—（单机报警方式）；
越限报警：东罐区所有联网运行的计算机上以声光形式进行报警，并由PLC直接触发东罐区控制室和油料 仓库库值班室的警铃—（区域报警方式）；
紧急报警：除了东罐区区域报警外，PLC触发油库总值班室警铃和油库消防大报警、通过Modem向油库电话机房和油库主要领导发出紧急呼叫，在Web主页上弹出报警窗口&m