（控制理论与控制工程专业论文）罐区监控及自动装车系统的研究.pdf

中文摘要 在石油化工生产与经营过程中，储运系统是一个不可缺少的重要 环节，随着石化生产规模的不断扩大、环保、人员职业安全健康要 求的不断提高、计量与操作的准确性和及时性的要求更加严格，储 运自动控制显得越来越重要。 本文详细分析了目前储运仪表的控制现状，指出了传统储运控 制系统的弊端，通过对储运工艺特点和h o n e y w e l l 公司p l a n ts c a p e 系统的深入研究，设计了一套先进的储运自动控制方案，规划了储运 自动化系统的总体架构，及监督控制网络系统。并以上海石化环氧 乙烷罐区及装卸站的自控设计为例，在分析了装置的生产和控制要 求的基础上，根据其工艺过程的特点，围绕操作简便、安全可靠、 快速准确的控制思想，将储运系统先进的控制方案成功进行应用， 并收到良好效果。本文对储运控制系统干扰的形成进行了深入的分 析，并提出了抗干扰措施，为储运先进控制系统的实施提供了坚实 保证。 先进的储运自动控制方案既提高了储运系统的现代化管理水 平，又有效地减轻了职工的劳动强度，消除了生产事故隐患；同时 优化了产品装车系统的生产运行方式，确保了罐区储运和产品的装 车系统的平稳、安全、高效运行，提高了整个系统的工作效率，给 操作和管理带来了很大的便利 关键词：储运自动化、p l a n ts c a p e 控制系统、联锁、抗干扰 a bs t r a c t s t o r a g ea n dt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mi s a ne s s e n t i a ls e c t i o ni nt h e p r o c e s so fp e t r o c h e m i c a lp r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n t t h ea u t o m a t i o n o fs t o r a g ea n dt r a n s p o r t a t i o nb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tw i t h t h e g r o w i n g o f p e t r o c h e m i c a lp r o d u c t i o ns c a l e ，i m p r o v i n g o f o c c u p a t i o ns a f e t ya n dh e a l t hr e q u i r e m e n to fe n v i r o n m e n t a l i s t ，a n dt h e s t r i c t e rd e m a n do fm e t e r i n ga n do p e r a t i n gp r e c i s ea n dt i m e l ya s p e c t t h e p r e s e n t s i t u a t i o no f s t o r a g e a n d t r a n s p o r t a t i o n c o n t r o l i n s t r u m e n ti sa n a l y z e di nt h i sp a p e r ，a n dt h ea b u s eo ft r a d i t i o n a lc o n t r o l s y s t e m i s p o i n t e d o u t a f t e r i n d e p t h r e s e a r c ho f s t o r a g e a n d t r a n s p o r t a t i o nt e c h n i c sa n dt h ep l a n ts c a p es y s t e mo fh o n e y w e l l ，t h e w r i t e rd e s i g n sa na d v a n c e da u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mo fs t o r a g ea n d t r a n s p o r t a t i o n ，l a y s o u tt h eo v e r a l la r c h i t e c t u r eo fs t o r a g ea n d t r a n s p o r t a t i o n ，a n dp r o v i d e st h es u p e r v i s e dc o n t r o ln e t w o r ks y s t e m t h ea u t o m a t i o nd e s i g no ft h ee p o x y e t h a n et a n kf a r ma n dl o a d i n ga r e a i ns h a n g h a ip e t r o c h e m i c a lc o r p o r a t i o na r ei l l u s t r a t e di nt h i sp a p e r o n t h eb a s i so fa n a l y z i n gt h er e q u i r e m e n to fp r o d u c i n ga n dc o n t r o l l i n g s y s t e m ，t h ea d v a n c e dc o n t r o ls y s t e mw a sd e s i g n e da c c o r d i n gt o t h e f e a t u r e so ft e c h n i c sa n dt h ec o n t r o lp r i n c i p l eo fs i m p l e n e s s ，s a f e t y ， r e l i a b i l i t y ，p r o m p t n e s s ，a n dp r e c i s e n e s s t h i sa d v a n c e dc o n t r o ls y s t e m h a sb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e da n dh a sg o tp o s i t i v ee f f e c t t h ep a p e r s y s t e m i c a l l ya n a l y s e s t h ef o r m a t i o no fs t o r a g ea n dt r a n s p o r t a t i o n c o n t r o ld i s t u r b a n c e 。t h e np r e s e n tt h ea n t i d i s t u r b a n c em e a s u r e ，w h i c hi s t h es o l i df o u n d a t i o nf o rt h ea p p l y i n go fa d v a n c e dc o n t r o ls y s t e mi n s t o r a g ea n dt r a n s p o n a t i o n t h ea d v a n c e da u t o m a t i cc o n t r o l i m p r o v e s t h el e v e lo fm o d e r n s y s t e mo fs t o r a g ea n dt r a n s p o r t a t i o n m a n a g e m e n t i n p r e s e r v a t i o n a n d t r a n s f o r m a t i o ns y s t e m ，a sw e l la sr e l e a s e sw o r k i n gi n t e n s i t ya n d e l i m i n a t e st h ep o t e n t i a la c c i d e n ti np r o d u c i n g a tt h es a m et i m e ，i t o p t i m i z e st h eo p e r a t i n gm e t h o do ft h ep r o d u c t sl o a d i n gs y s t e m ，e n s u r e s t h et a n ks t o r a g ea n dt r a n s f o r m a t i o ns y s t e ma n dp r o d u c t sl o a d i n gs y s t e m r u n n i n gw i t hs t a b i l i t y , s a f e t y ， e f f i c i e n c yo fe n t i r es y s t e m ，a n d a n dm a n a g e m e n t a n de f f i c i e n c y , i m p r o v e st h ew o r k i n g b r i n g sm u c hc o n v e n i e n c ef o ro p e r a t i o n k e yw o r d s ：s t o r a g ea n dt r a n s f o r m a t i o na u t o m a t i o n ，p l a n ts c a p e c o n t r o ls y s t e m ，i n t e r l o c k ，a n t i d i s t u r b a n c e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：g j 嚣 签字日期：，2 一，年1 月，口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘生盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 导师签名： 每题 签字日期：年月日 签字日期：? “年f 月何e l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 储运系统自动控制研究的背景 在石油化工企业中，为了配合生产装置，要对各种化工产品进 行运输和存储，为此企业均建有大量的各种储罐及各种装卸站台。 企业的生产及管理部门每天都要掌握罐内存储介质的液位、温 度、体积及质量等重要数据，以及化工产品装车的过程和储罐的液 位变化情况既要保证数据的准确及时，又要保证储罐和装车过程 的安全，防止意外事故的发生罐区及装车系统各种参数的精确检 测、工艺流程的有效管理，对于相关生产装置的安全和平稳运行具 有十分重要的意义 由于我国具体的国情，长期以来对罐区及装卸站的管理主要是 靠人工进行，并没有形成真正意义上的“监控系统”最初只是靠有 经验的工人利用油尺对各罐的液位高度进行检测，郾“人工检尺” 的方法对储罐及槽车的液位进行监视。该方法原始而又繁琐，人为 因素影响大，精度低由于化工产品通常属于易燃易爆危险介质， 同时运输及存储过程中油气的挥发是不可避免的，因此，罐区是比 较典型的“危险区”。人工检尺为敞开式操作，油气不断挥发，造成 很大程度的浪费，并增加了操作环境的危险性。危险区中的有毒有 害气体对操作人员的身体健康和安全造成很大的威胁 为了提高储罐参数、装车定量参数的测量精度，保护工入的身 体健康，减轻工人的劳动强度，近年来，各石化行业各储罐上基本 都装备了能够对液位、温度及流量进行自动测量的仪表，该仪表一 般由一次仪表和二次仪表组成。位于现场的一次仪表采集各油罐的 液位参数并通过统一的模拟信号如4 2 0 m a 的直流信号或某种专用 的通讯协议送往集中安装的控制室仪表盘上的二次表。目前，大多 数企业对参数的处理还只是停留在显示测量阶段，无法实现自动控 制和自动装车控制，具体的控制工作仍由人工完成。 第一章绪论 1 2 储运系统自动控制研究的目的和意义 随着石油化工企业生产规模的不断扩大，罐区的规模越来越大， 化工产品输送的规模和频率越来越高，种类也不断增加特别是随 着原油供应的紧张，原油供应的品质越来越差，含硫污染的危害越 来越高，操作人员现场进行人工检尺和装卸车辆的操作的危险不断 增加随着企业减员工作的深入，现场操作人员越来越少。国家环 保法和环保政策的实施，使得安全职业健康，清洁生产已成为企业 能否长期运行的头等大事。另一方面，管理人员按照由生产部门所 制定的生产计划和长年积累下来的经验对罐区进行监视和控制的管 理方式越来越显示出其在实时性、准确性、和理性方面的不足，远 远不能满足企业用户减少损耗、降低成本、增加效益的要求。如何 解决上述问题已成为企业领导设计人员共同关注的问题。 随着计算机技术的不断发展，可靠性的不断提高，以及价格的 大幅度降低，使得计算机在工业中的应用越来越普及。 可编程控制器( p l c ) 以及由多个计算机递阶构成的集中与分散 相结合的集散控制系统d c s ( d i s t r i b u t e e d c o n t r a ls y s t e m ) 被应用到 储运系统控制成为较好选择近年来人们开始尝试使用计算机构成 的监控系统对罐区进行综合管理和控制。问题是如何设计出一套适 合于罐区储运和装车系统的先进的、高效的、功能齐全的、经济性 好的控制方案是目前罐区自动控制的难点设计出一套适合于罐区 储运和装车系统好的控制方案对于提高罐区的自动化控制和管理水 平，提高整个工厂的管理水平，降低工人的劳动强度，改善工人的 工作条件，避免事故的发生，必将起到十分重要的作用 1 3 本论文研究的重点内容 本文首先分析了传统的储运自动化系统的控制现状及其存在的 弊端，通过对储运工艺特点和h o n e y w e l l 公司p l a n ts c a p e 系统的 深入研究，应用p l a n t s c a p e 系统设计研究出一套先进的储运自动化系 统的控制方案。并以上海石化环氧乙烷罐区及装卸站的自控设计为 例，在分析了装置的生产和控制要求的基础上，根据其工艺过程的 特点，围绕操作简便、安全可靠、快速准确的控制思想，将储运系 第一章绪论 统先进的控制方案成功进行应用。 1 、规划了储运自动化系统的总体架构，并对p l a n t s c a p e 系统的 软硬件特性进行深入的研究，设计了针对罐区及装卸站的监 督控制网络系统 2 、提出了储运自动化系统的检测及控制方案，并对罐区和装卸 站控制及联锁方案的软硬件实施过程进行了深入的研究。 3 、分析了控制系统干扰的形成，并提出抗干扰措施。 第二章传统的储运控制系统 第二章传统的储运控制系统 2 1 传统的储运控制系统的构成 在石油化工储运系统罐区和装卸站多年来一直采用分散控制和 管理的方式操作。工业生产大多数还是处于手工操作状态，人们主 要靠经验控制生产过程，参数靠人工观察，操作也靠人工去执行， 所以劳动生产率较低，质量差，经济效益低，劳动强度大。 2 1 1 罐区控制系统的构成 近几年各石化行业各储罐上基本都装备了能够对液位、温度及 流量进行自动测量的仪表，该仪表一般由一次仪表和二次仪表组成。 位于现场的一次仪表采集各油罐的液位参数并通过统一的模拟信号 如4 2 0 m a 的直流信号或某种专用的通讯协议送往集中安装的控制 室仪表盘上的二次表。目前，大多数企业对参数的处理还只是停留 在显示测量阶段，无法实现自动控制和自动装车控制，具体的控制 工作仍由人工完成。 现场控制室 4 2 0 m a 4 2 0 m a 控制 4 2 0 m a 仪表盘 j 2 4 v 图2 - 1 传统罐区自控系统结构图 第二章传统的储运控制系统 2 1 2 装卸站控制系统的构成 目前国内大多数装卸站台仍然采用以单片微型控制器为核心的 定量装车控制仪对装车过程进行程序控制、定量装车控制、防溢联 锁控制、接地联锁控制。这种控制方式为分散独立控制、单机运行， 每个鹤位要单独对应一台定量装车控制仪。使整个储运系统没有形 成网络化和真正的自动化。 图2 2 传统装卸站自控系统结构图 2 2 传统储运控制系统存在的问题 l 、缺乏有效的安全联锁控制功能 ( 1 ) 传统的储运控制系统，罐区内所有的现场检测信号都是送至仪 表盘上的二次仪表，一般只具备简单的显示、报警功能，控制能力 很差，一般没有罐底快速切断阀的安全联锁措施，因为常规仪表的 联锁实施只能通过继电器搭接，结构复杂，可靠性差，实现起来比 较困难。 ( 2 ) 装卸站内的定量装车控制普遍采用定量装车控制仪，现场检测 信号直接引至装车控制仪，如果控制仪安装在控制室内，操作人员 无法了解现场的装车及控制情况，无法操作和监控。定量装车控制 第二章传统的储运控制系统 仪如果安装在现场，必须选用隔爆型防爆措施，由于控制箱的密封 性能较好，使单板机无法散热，尤其在夏季，微机芯片过热，经常 造成死机和电子器件的损坏，同时维修周期长，影响了操作和装车 的有序进行。 2 、无法实现数据采集和信息资源共享 传统的储运控制系统采用的都是常规仪表，单机操作，检测、 计量、装车的数据无法及时有效的存储和传送，不能形成统一的管 理，资源严重浪费。没有数据采集功能，无法保存大量历史数据。无 法与全厂一体化网络连接，不能将数据或历史数据传送到管理部门， 管理部门需要的数据只能手抄，准确性和实时性无法得到保障，与 其它网络的数据和信息资源无法共享。 常规仪表无法实现对装置内所有设备的状态和整个工艺流程进 行监控的能力，如储罐的状态，机泵和重要阀门的运行状态等。只 能通过人工巡检来了解以上信息，增加了操作工的劳动强度，也增 加了人为的不确定因素。因此无法及时有效的对一些常规故障进行 预处理，以将事故扼杀在萌芽阶段，给安全生产带来了隐患。 3 、操作和设备维护工作量大 常规仪表其可靠性和精确性较差，使得设备的维护量增大。如 定量装车控制仪单板机的可靠性能不高，经常出现不计数、错误复 位造成的数据丢失等问题，使数据管理出现混乱。如果某一仪表出 现问题，将导致这一部分的检测控制无法连续进行，更换及维修设 备的周期较长。 由于计量控制仪表的精度较低，经常出现冒顶或装车过磅的现 象，增大了工人的劳动强度，降低了生产效率 4 、罐量计算只能手动完成 目前国内国际计量交接以质量流量为标准，而一般企业测量流 量测得的是体积流量，所以要将体积流量转化为质量流量。 对于化工产品的计量方法将以g b t 1 8 8 5 - 1 9 9 8 石油计量表中 规定的计量公式为标准。 化工产品类： ( 1 ) 计量公式： m = v t 1 一f ( t 一2 0 ) 】( p ：o 一0 0 0 1 1 ) 公式说明：v t 一为介质温度下的液体体积 第二章传统的储运控制系统 t 一值为油罐内油品温度 p 。一为标准密度 f 一液体体积温度系数。 ( 2 ) v t 计量公式： v t = ( v 表+ av p p2 0 v 表水) i + a ( t - 2 0 ) 公式说明：v 表水= 0 ( 油品罐中不含水) ； v 表一根据检尺高度查容量表； v p 一静压力增大值，根据检尺高度查容量表； pl 。一标准体积。 a 值一保温罐为3o ：非保温罐为2a ： ( 导热油为保温罐a 值为0 0 0 0 0 3 6 ，其它物料为0 0 0 0 0 2 4 ) a 一钢板膨胀系数，0 0 0 0 0 1 2 ； f ：液体体积温度系数。如下表所示： 油品车间化工产品品种如下 名称i 密度温度系数yl 体积温度系数f 环氧乙烷10 0 0 0 9 010 0 0 1 0 3 传统的控制方法中，罐量计算最早只能靠手工烦锁计算完成， 或自行编制程序，在电脑上完成，但所有参数都要靠手工逐一输入， 人为因素很大，使得计算精度无法保障。同时输入数据、报表打印 等工作使管理人员的工作量大大增加。 第三章先进的储运控制系统 第三章先进的储运控制系统 先进的储运自动化控制系统是在分析了传统的储运自动化控制 系统现状及其弊端的基础上，应用p l a n t s c a p e 系统研究出一套操作 简便、安全可靠、快速准确控制方案。 3 1p i a n t s c a p e 系统介绍 3 1 1p i a n t s c a p e 系统简介 p 1 a n t s c a p e 包括了霍尼韦尔公司三十年来在过程控制、资产管 理、行业知识等方面积累的经验，构成了一个统一的过程知识体系 结构。p l a n t s c a p e 优化工作过程，提高常规维护的效率。将人从手 工过程解放出来。通过从一个整体的过程知识解决方案中捕获和管 理未被利用的过程知识，p l a n t s c a p e 使用创新的、唯有霍尼韦尔予 以提供的技术，为用户交付过程和控制数据。这些技术还将充分的 与霍尼韦尔现有的技术集成。p i a n t s c a p e 的过程系统能满足各种自 动化应用的要求。p l a n t s c a p e 过程控制系统提供高水平的性能、灵 活性、易用性以及使用寿命周期的最低成本等。 p l a n t s c a p e 过程体系是一体化的控制系统，提供了最好的可用 性技术。通过提供图形化的面向对象的组态工具和全套的过程控制 算法库，p i a n t s c a p e 的过程控制系统使用户的控制工程、生产力显 著提高。p l a n t s c a p e 的过程系统结合了适用于世界范围的控制规则 和h o n e y w e l l 的控制应用实践经验，并且为中国用户提供了中文界 面。 3 1 2pia n t s c a p ep r o c e s s c 2 0 0 系统概述 p 1 a n t s c a p ep r o c e s s c 2 0 0 集散控制系统是h o n e y w e l l 公司推 出的基于批量处理、过程控制等规模可变的开放型集散系统，为用 户提供最佳的性能，方便的使用。p l a n t s c a p ep r o c e s s c 2 0 0 能满 足所有自动化控制应用，是广泛应用于工厂控制级的真正的混合型 第三章先进的储运控制系统 控制系统。 p l a n t s c a p e e 2 0 0 系统是一套技术领先、性能卓越、功能强大、 安全稳定的混合型控制系统，它具有p l c 速度快，顺序控制及批量 控制功能强的特点，又具有很强的d c s 连续控制功能。 p l a n t s c a p ep r o c e s s c 2 0 0 集散控制系统提供控制系统面向对象 的图形化工具以及完整的过程控制功能库，集成了广泛应用于工业 控制现场的过程调节控制、对本地语言的支持和面向用户的接口， 大大提高了工程开发的速度和质量。p t a n t s c a p ep r o c e s s c 2 0 0 集 散控制系统基本的系统组件包括： 集成了过程调节和离散量控制功能的混合型过程控制器 一功能强大的c 2 0 0 控制处理器 一冗余或非冗余选项 一5 0 m s 或5 m s 的控制执行环境c e e p l a n t s c a p e 高性能过程服务器 一可组成冗余或非冗余服务器选项 一集成大量的第三方控制器驱动程序接口包括o p c 一应用于地理位置分散和工厂级分布式服务器结构 p l a n t s c a p e 操作站的人机接口功能 一基于h o n e y w e l l 的h m i w e b 技术 一循环和固定操作站提供最大的使用灵活性并最大地降低使用 成本 一高分辨率的图形操作画面，采用清晰的图表实时监视控制策略 的运行情况 p 1 a n t s c a p ep r o c e s s c 2 0 0 集散控制系统采用功能强大的基于 w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r p r o f e s s i o n 8 1 服务器工作站系统结构。 p l a n t s c a p ep r o c e s s c 2 0 0 集散控制系统集成了全新的高性能混合 控制器，先进工程师工具和开放的现场控制网络。p l a n t s c a p e p r o c e s s c 2 0 0 集成的最新的技术包括： 基于w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r p r o f e s s i o n a l 服务器集成了高速动 态数据管理、报警管理、人机接口功能、历史数据采集和自动报表 生成等功能； 单个紧凑的高性能混合型控制器提供真正的集成控制功能； 第三章先进的储运控制系统 面向对象的组态、开发工具能快速简便地创建可重复使用的控制 策略； c o n t r o l n e t 提供安全开放的现场控制网络； 集成安全的i n t e r n e t 浏览器能提供在线文档和技术支持。 大多数的工业过程控制应用通过调用一些共用的控制运算模 块，包括通讯协议和控制算法来构成具体的控制策略。p l a n t s c a p e p r o c e s s c 2 0 0 集散控制系统在其标准操作框架集成了这些优化的功 能模块。用户使用组态工具生成控制策略时，只需将精力集中于具 体应用的构成上，从而大大减少了工程量。采用p 1 a n t s c a p e p r o c e s s c 2 0 0 集散控制系统，用户能在最短的时间内将应用系统投 入生产运行并产生实际效益。 采用c 2 0 0 控制处理器的混合型过程控制器结构适应于范围广 泛的各种要求，如连续过程控制，批量处理，离散量操作，和设备 控制等的需要。采用高性能价格比的c 2 0 0 控制器是集成调节控制， 快速逻辑控制，顺序控制和批量控制应用的理想选择。其控制功能 通过系统提供的完整的功能块库来实现。工程师能很方便地使用图 形方式组态工具c o n t r o lb u i l d e r 来生成控制策略，而且能通过 c o n t r o lb u i l d e r 下装和监视控制策略。 3 1 3p i a n t s c a p e 系统的功能及特性 系统自诊断、报警、事件的检测和管理功能 p l a n t s c a p e 系统具有丰富的自诊断，报警，事件的检测和管理 功能，操作员提高效率的关键之一是获得系统的报警信息， p l a n t s c a p e 系统提供了丰富的工具，使得操作员可以很快找到过程 的故障 历史数据采集功能 p l a n t s c a p e 系统有很强的历史数据采集功能，可以在线保存大 量历史数据，通过自动搜索可以访问无限制的历史数据，另外还能和 h o n e y w e l l 的t o t o l p l a n th i s t o r y ( 全厂一体化历史数据库) 相联接， 为全厂一体化网络规划和管理提供硬件和软件基础 高级的趋势记录显示功能 系统通过简单的组态，可将数据以各种高级的趋势方式显示出 来，提供分析和处理数据的功能 第三章先进的储运控制系统 报表功能 系统本身带有丰富的报表功能，如报警事件记录报告报警同 期报告自由格式报表点属性报表 系统安全性 为了保证系统的安全性，p l a n t s c a p e 系统提供了可组态的安全等 级，系统分6 个安全等级，规定操作员对p l a n t s c a p e 系统功能的访 问 联网特性 系统开放型的网络特性结构可将系统的实时数据或历史数据方 便地传送到其它网络的应用程序中，实现系统数据网络共享 3 1 4p l a n t s c a p e 系统的构成 p l a n t s c a p e 系统主要组成部分包括：混合型控制器及i o 卡件； 实时控制网；监督控制以太网：过程服务器和操作站等几部分 p l a n t s c a p e 监督控制网，过程服务器和操作站 实时控制网( c o n t r o ln e t ) c o n t r o ln e t 为令牌总线方式的实时控制网，其上挂接混合型控 制器和服务器，实时控制网的传送方式可以保证实时数据及时传送， 并不会因网上节点的增减而改变介质为r g 6 同轴电缆，b n c 连接器， 长度为i k m ，加扩展器及光缆可扩展6 k m 混合型控制器( b y b r i dc o n t r o l l e r ) 混合型控制器具有过程控制要求的连续调节，批处理，逻辑顺 控联锁等综合控制功能，通过c o n t r o lb u i l d e r1 - 具进行在线或离 线组态而c o n t r o lb u i l d e r 是一个控制策略开发软件包，通过它 提供的功能块的软连接和参数的填写，完成各种要求的i l o 处理 数据采集，连续控制、逻辑顺控和高级控制 过程服务器 主要功能是扫描点( c ms c m ) 和进行处理形成过程和系统数据 的报告报警文件处理，并对历史数据采集归档，形成趋势 操作站 人机界面，操作员监控过程的窗口 第三章先进的储运控制系统 3 1 5p ia n t s c a p e 系统的软件 p l a n t s c a p ep r o c e s s c 2 0 0 过程系统提供了一组功能强大的应 用软件包，通过简便的组态，就可以实现独特的应用要求，大大的 缩短了应用的实施时间，节约了开支。 p a n t s c a p ep r o c e s s c 2 0 0 系统软件 一系统监控软件提供高速缓存区的实时动态数据存取、报警事 件管理、报表报告生成等功能。具有动态数据存取、报警事 件管理，报表和满足用户的各种需求的软件可选项 一集成丰富控制功能模块的c o n t r o lb u i l d e r 组态工具，为生 成控制策略提供全套控制算法库。用于组态过程控制策略及建 立所有的系统过程点，且可多用户使用。 一d i s p l a yb u i l d e r 工具用于创建各种用户操作画面及基于 h t m l 的图形界面 一k n o w l e d g eb u i l d e r 工具提供在线的基于h t m l 的帮助文档 一提供系统组态和诊断的工具 过程控制网络 一c o n t r o l n e t - 冗余的通讯介质可应用于各种高可靠性要求的过 程应用场合 一e t h e r n e t - 采用开放通讯技术，应用灵活 3 2 先进储运监控系统 3 2 1 先进储运监控系统的构成 基于传统的储运监控系统存在的问题和弊端，及充分考虑到 产品储运的特点和今后的发展，本设计采用了一套小型集散控制 系统d c s h o n e y w e l l 公司的p l a n t s c a p e 系统，罐区及装卸站的所 有信号引入中控室，实现集中监控，集中管理。同时将此系统引 入全厂一体化网络系统( p h d ) 中，为全厂计算机管控一体化打 下良好基础，可对全厂的生产、销售，调度，管理提供强有力的 支持与服务。 第三章先进的储运控制系统 罐 区 监 油 撺 品 系 储 统 运 监 控 装 系 卸 统 站 监 摔 系 统 罐存量检溅计算功能 安全检测功能 泵房监控 信息集中与管理 汽车定量装车 销售计量 分步武装车控 6 i 销售管理自动化 图3 - 1 油品储运监控系统功能框图 3 2 2 系统的硬件配置 储运计算机监控系统包括：控制器、冗余的数据采集服务器 ( s e r v e r ) 、操作站( w o r k s t a t i o n ) 、p h d 服务器、i o 柜、集线器( h u b ) 、 打印机。如图所示： l 调度 销售服p 务h i ) 器 # # 翱2 = 煳 t剧l 亍 i i操作站 p h d 接口 e t h e r n e t ：a 计l 妒t i i 服务器 蚰i 鬻t 瀚瀚l 盛鲤函 l甲。 光 缆p i 一光境；嘞 i ie t h e r n e t 光巍癌； 一l l 伽刚盯一 。j l ，一 | 鹰黼渊 劁渊l 僦黝j i l 罐区”o 控制柜 中央拉剑室 一 装卸站v 。9 空制柜 图3 - 1p l a n t s c a p e 系统配置图 第三章先进的储运控期系统 从现场来的信号输入至i 0 卡件，转换为数字信号，经c 2 0 0 控制器处理后，通过c o n t r o l n e t 网，将各种信息传送给服务器， 并由服务器将信息传送到各个操作站。操作员发出的操作指令经 操作站、服务器传送给控制器，实现对现场的控制。 p h d 接口计算机分别与工厂局域网和控制网相联接，现场数据 通过p h d 接口计算机传送至p h d 服务器，从而实现了控制网络和 工厂网络的隔离，保障了控制网络的安全。管理部门通过p h d 服 务器得到相关信息。 服务器( s e r v e r ) ：是系统的主计算机，其中有一个r t d b 实时数据 库，向下完成数据采集，向操作站传送数据主要用来进行过程 监控数据文件管理和通讯。通过k t c 控制网接口卡与连接控制 器的c n i 通讯卡连接。 操作站( w o r k s t a t i o n ) ：是系统人机联系的接口。通过各功能画面 来了解系统各部分的各类信息，是操作员监控过程的窗口。通过 以太网与服务器连接，按照t c p i p 网络协议进行数据通讯。操 作站可通过定义区域而实现对指定区域的操作。 打印机：用作报表打印和报警事件打印。 罐算量p c 机：主要用来完成储罐中储罐库存量和输转量的大量 计算及形成报表设置罐算量p c 机的目的是为了减轻服务器的 负担，提高系统性能。 p h d 服务器：通过网络从p l a n t s c a p e 服务器获得所需信息，并提 供给全厂一体化u n i f o r m a n c e 网上的p h d 主服务器，实现实时数 据的采集和信息资源共享。 混合型控制器( c 2 0 0 ) ：主要功能是完成过程控制。由现场i o 卡 采集来的信号，经控制器完成i 0 信息处理，采集及逻辑处理等高 级控制后送至服务器。是系统的核心部件。一个控制器最多可以 带6 4 个i o 卡件。 i 0 卡件：完成从现场来的各种标准信号的采集。 网络： e t h e r n e t 网 s u p e r v i s o r yc o n t r o ln e t 网 i ，oc o u t r o ln e t 网 第三章先进的储运控制系统 3 2 3 系统的软件配置 操作系统软件：服务器：w i n d o w s2 0 0 0s e r v e rs p 4 操作站：w i n d o w s 2 0 0 0w o r k s t a t i o ns p 4 工具软件： 应用软件： c o n t r o lb u i l d e r组态c ms c m o u i c kb u i d e r 组态网络第三方控制器 d i s p l a yb u i l d e r 组态流程图 p l a n t s c a p es y s t e ms o f t w a r e p l a n t s c a p es y s t e md o c u m e n t 应用开发软件：罐算量软件 3 2 4 系统组态的屏幕画面 工艺流程图：动态显示物料进。出，转罐等操作 储罐状态图：同一区域所有储罐的液位温度，库存量等状态 机泵状态图：动态显示机泵状态，及泵电流监测 可燃气体棒图：显示所有检测点可燃气体浓度及越限报警 可燃气体及火警分布图：准确显示可燃气体报警，火警报警点在 现场的相对位置 油品消防器材分布图：对全车间消防器材的分布一目了然 设备档案：包括储罐机泵仪表等工程参数，便于操作与查询 3 2 5 系统实现的功能 储罐状态显示：通过对储罐液位。储液温度的检测，及储液密度 录入等参数的集中显示，可使操作工实时了解储罐状态。 库存量检测计算功能：这是系统自动化的标志之一，通过系统自 动采集储罐液位，温度，密度等参数，结合储罐容积表及不同介 质计算方法，然后自动计算出罐内的储液重量，储罐的输转量等 管理需要的信息。彻底取代了以前的人工算量。 安全限监测：这是系统安全生产的保证。通过对储罐液位储液 温度、可燃气体浓度越限报警的监测，可有效地防止漏油，窜油 ，冒油及其它突发性事故的发生，保护企业及人员生命免遭严重 损害。 机泵监控：这是罐区正常生产的保证。通过对机泵的开启与关闭 第三章先进的储运控制系统 ，泵电流大小，及机泵运行时间累计的监测，保证机泵安全运行。 流量检测：罐区一些需进行经济核算或进行商务结算的输转量是 通过质量流量计来进行计量，系统实现了对罐区所有质量流量计 的集中显示与累计。 吞吐量统计：实现了吞吐量的自动统计。罐区的库存量，吞吐量 及能源消耗与企业的运作关系十分密切，将这些数据准确清晰 及时地集中是企业管理必须的信息。 报警事件信息显示：集中显示所有监测点的越限报警信息及故障 报警，及时掌握现场及系统所有的报警信息。 数据趋势图及历史趋势图：可对罐液位罐温度流量计的趋势 进行显示。 报表功能：根据油品车间操作需要，实现了班报，日报，月报， 流量计统计表的自动生成，并按要求打印报表，及时反映生产动 态，取代了原人工抄表，计算填写报表。 与p h d 系统联网：与其它装置一起并入全厂一体化网络系统。 3 3 储运系统控制方案 3 3 1 罐区控制方案 罐区的控制采用集中管理分散控制的方式，控制系统包括控制 站、操作站、i o 卡、通讯卡及现场检测设备。所有现场信号通过连 接电缆，将检测器的信号送至p l a n t s c a p ep r o c e s s c 2 0 0 控制系统， 实现显示、控制、报警及联锁的功能，同时输出控制、联锁信号至 现场执行机构，实现过程控制。系统采用操作员站通过过程管理网 络( e t h e r n e t 以太网) 连接并与系统服务器进行通讯，将罐区重要 信号传至管理部门，控制并管理生产情况。 3 3 2 装卸站控制方案 为克服定量装车控制仪在使用上的弊端，装卸站用p l a n t s c a p e p r o c e s s c 2 0 0 控制处理器代替定量装车控制仪完成定量装车等的功 能。但控制系统安装在控制室内操作，现场的情况仍然无法及时了 解，因此本控制方案在现场每台鹤位旁安装一个就地操作台，操作 台上设有控制按纽、报警灯、蜂鸣器等器件。现场操作人员根据现 第三章先进的储运控制系统 场装车的情况和步奏，以应答的方式与控制室内操作人员沟通，按 步奏设定装车量和各阀门的开启和关闭操作，安全准确的完成整个 装车过程。 图3 3 装卸站台控制示意图 1 、具体方案： ( i ) 控制点：通过p l a n t s c a p e 系统实现全过程自动检测及仪表联 锁控制，主要有装车定量控制，现场阀门开关控制、高位罐收料高 液位控制，装车量高位及静电超高控制。 ( 2 ) 现场设施：每台装车鹤管操作现场设操作盘，由指示灯( l i ： 允装灯、l 2 ：运行灯、l 3 ：故障灯) 、按纽( b 1 ：请求、b 2 ：启动、 b 3 ：急停、b 4 ：复位) 、蜂鸣器等组成 ( 3 ) p l a n t s c a p e 系统操作页面：动态流程页面、定量操作及装车量 集中显示页面，高位罐操作页面，统计报表页面。主要功能是：阀 门开关状态显示、联锁报警状态显示、装车定量及装车瞬时量显示、 装车量及高位罐罐存量统计表。 ( 4 ) 控制内容：当现场具备装车条件后，通过b 1 按纽向p l c 系统 发出装车请求信息，p 1 a n t s c a p e 系统完成装车量设定后，现场l 1 灯 亮，并保持到装车结束。当l l 灯亮时，按下b 2 按纽，鹤管气动阀 门自动打开，阀门打开顺序：鹤管小阀及气相阀同时启动，3 秒后鹤 管主阀启动，鹤管主阀滞后打开的目的是为了保护流量计少受冲击 和计量更准确。气相阀门打开后，l 2 运行灯亮，并保持到装车结束。 当装车量与装车设定值相差0 5 吨时，装车量达到预报警值，蜂鸣 器鸣音并灯闪报警，鹤管主阀关闭，当装车量与装车设定值相等时， 鹤管小阀及气相阀同时关闭，装车结束，报警状态解除。 第三章先进的储运控制系统 装车作业中为提高装车效率应使用大流量装载，为便于控制， 提高控制精度最好使用小流量。 汽车装车时，为避免装车过程中物料与空气摩擦产生静电过高 引起火灾事故，要求槽车良好接地。可采用带微动开关的磁吸附接 地线。当接地的磁钢吸附在槽车上时，槽车接地，磁钢上的微动开 关同时闭合，反之，开关断开。规定接地电阻小于1 0 0 0 为接地良好， 大于1 0 0 q 为未接地。启动装车时，先测量接地电阻，若大于1 0 0 q ， 则拒绝执行装车，报警并显示大于1 0 0 q 如在装车过程中检测到接 地电阻大于1 0 0 0 ，立即关主料阀和附料阀，同时报警并显示大于 1 0 0 0 【1 ”。 图3 4 装车栈台工艺图 ( 5 ) 联锁要求： a 、鹤管小阀及主阀关不到位联锁关闭高位罐出口阀门； b 、装车静电超高( 大于1 0 0 欧姆) 联锁关闭本鹤位阀门； c 、装车液位超高联锁关闭本鹤位阀门； 联锁条件发生时，现场声光报警，p l a n t s c a p e 系统a l a r m 闪烁 报警，联锁状态自动存档，可查询，易识别；联锁条件解除后，现 场按b 4 按