（通信与信息系统专业论文）基于scada的自动化消防系统设计.pdf

中文摘要 随着我国国民经济的高速发展，能源在我国国民经济中地位越来越重要，因 此大型储备油库的建设又掀起了新的高潮。然而经济的发展油库的大规模建设与 火灾危险的增长是并存的，防火于未“燃”，工业现场自动化消防系统为最佳解 决方案，他可以以最小的消防代价获得人身和财产的最大安全。而且随着石油天 然气采输工艺朝着自动化和信息化的发展趋势，要求石油天然气采输、生产管理 及安全有机结合起来，以实现经济上的合理控制。因此自动化消防系统的实现就 变得日趋重要。 本设计主要研究s c a d a 系统在自动化消防系统的应用，主要是针对石油天然 气管道公司房山输油站的消防系统设计。根据现场的工艺情况和国家消防标准对 整个消防系统进行了整体的研究，随后提出了对整个消防系统的研究和设计方案。 论文首先对s c a d a 系统进行了系统介绍，对目前广泛应用的m m l 人机界面软 件进行了比较，提出了操作系统、m m l 人机界面软件以及逻辑编程软件的选型依 据。对上位人机界面组态画面进行了合理的设计，其中列举了一些蹴i 显示图形。 对下位p l c 的逻辑编程运用也有所表述。 关键字；s c a d a 系绕输油系统消防系统删i 组态p l c a b s 打a c t ： w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y , t h ee n e r g yp l a y sam o r ea n dm o r e i m p o r t a n tr o l e ，t h e r e f o r ean e wh i g ht i d eo fc o n s t r u c t i o no ft h el a r g e - s c a l er e s e r v e f u e ld e p o th a sb e e nr a i s e d h o w e v e r , t h er e l a t i o nb e t w e e nt h ed e v e l o p m e n to f e c o n o m y , t h el a r g e - s c a l ec o n s t r u c t i o no ff u e ld e p o ta n dt h ei n c r e a s i n gr i s ko ff i r ei s n o ts e p a r a t e i no r d e rt oa v o i dt h ef i r ei ni n d u s t r yf i e l d ，a u t o m a t i cf i r ec o n t r o ls y s t e m i st h eb e s ts o l u t i o nw h i c ho b t a i n st h ep e r s o na n dt h ep r o p e r t ys a f e t ya tt h em i n i m u m e x p e n s eo ff i r ec o n t r o l ，m o r e o v e r , t h et e n d e n c yo f a u t o m a t i o na n di n f o r m a t i o n i z a t i o n i n t h e t e c h n o l o g y o f p e t r o l e u m n a t u r a l g a sa c q u i s i t i o na n d t r a n s p o r t a t i o n h a s r e q u i r e d t h es y m h e s i so fp e t r o l e u mn a t u r a lg a sa c q u i s i t i o na n dt r a n s p o r t a t i o n ；m a n u f a c t u r e s u p e r v i s i o na n ds a f e t y , s ot h a te c o n o m yc a nb es u p e r v i s e di nr a t i o n a l i z a t i o n a ta c o n s e q u e n c e ，a u t o m a t i cf i r ec o n t r o lb e c o m e si n c r e a s i n g l ys i g n i f i c a n t t h i sp a p e rg i v e sa na e e o t t n to f t h ea p p l i c 撕o no fs c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o l a n dd a t aa c q u i s i t i o n ) s y s t e mi na u t o m a t i cf i r ec o n t r o ls y s t e m ，m a i n l ya i m sa tt h e d e s i g no ff i r ec o n t r o ls y s t e mw h i c ht h ep e t r o l e u mp i p e l i n ee n g i n e e r i n gc o r p o r a t i o n f a n gs h a ho i ls t a t i o nc a r r i e so n t h ee n t i r ef i r ec o n t r o ls y s t e mi sd e s i g n e db yt h i s d e v i c ea c c o r d i n gt ot h et e c h n o l o g ys i t u a t i o no ft h ef i e l da n dn a t i o n a lf i r ec o n t r o l s y s t e ms t a n d a r d s , a f t e r w a r d sp r o p o s e sad e s i g np l a no fa na u t o m a t i cf i r e c o n t r o l s y s t e m t h et h e s i si n h o d u c e ss y s t e m i c a l l ys y s t e ma tf a s t c o m p a r i n gw i t hp l c p e r f o r m a n c eo f d i v e r s em m i n l a nm a c h i n ei n t e r f a c es o f t w a r ew h i c hi sw i d e l yu s e da t p r e s e n t , r a i s i n gt h es d e c t i o np r i n c i p l e so f m a nm a c h i n ei n t e r f a c ea n dp r o g r a m m a b l e l o g i c a ls o f t w a r eb e s i d e st h eo p e r a t i n gs y s t e m t h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r eo fm a i i m a c h i n ei n t e r f a c ei sm a s o n a b l yd e s i g n e d ；s o m eo ft h em m i f i g u r e sa r ee n u m e r a t e d a n dt h a t , t os o m ec x t e n tt h ea p p l i c a t i o no f p l ci ss t a t e d a tp r e s e n t ，t h i ss y s t e mh a sa l r e a d yo b t a i n e ds u c c e s s f u lu t i l i z a t i o ni nf a n gs h a h s l a t i n n k e y w o r d s ：s c a d as y s t e m f i r ec o n t r o ls y s t e mm m i c o n f i g u r a t i o n p l c 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 研究成粜，酥文中特制加以杯注相毁谢z 处外，论文甲小包管其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨壅墨芏或其他教育机构的学位或证 书面使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所擞的任何贡献均已在论文中 作，明确的说明并表不，谢葸。 学位论文作者篇名。栅 箍字日期：州年月咯日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘鲞盘兰有关保留，使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘茔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。 ( 保面的字位论文在群蟹后遣用奉授权说明) 学位论文作者签名：黏厂 签字日期：y 年 月踏日 导师签名， 运渺 签字日期：0 2 一年1 月形日 第一章撅述 1 1s c a d a 系统综述 1 1 1s c a d a 系统的概念 第一章概述 s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) 系统，即数据采集与 监视控制系统。s c a d a 系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、 石油、化工、消防等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。s c a d a 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行 设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信 号报警等各项功能。由于各个应用领域对s c a d a 的要求不同，所以不同应用领域 的s c a d a 系统发展也不完全相同。 1 1 2s o a d a 系统的特点 s c a d a 系统的应用场合有以下特点； l 、数据采集的范围大，如几百米，几公里，甚至几千公里 2 、站点数量比较多，几个至几千个； 3 、每个站点采集的数据量不是很大； 4 、实时性要求不很高。 s c a d a 系统的设备有以下特点： 1 、网络能力较强，一般应用电话线、租用线、光缆或无线作为介质； 2 、现场模块( r t i j ) 比较灵活，价格低； 3 、r t u 适用于恶劣环境，如高海拔，高寒，降水等； 4 、s c a d a 系统的组成包括远程终端单元( r t u ) ，网络传输系统，位于监控心 的数据处理系统。s c a d a 系统的典型应用如油田抽油井监控、市政( 给水、 热力、燃气等) 管道系统监控、长距离输送系统监控，野外无人值守设备 监控等。 1 ，1 3s c a d a 系统发展历程 s c m ) a 系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。s c a d a 系统发展 到今天已经经历了三代。 第一章概述 第一代是基于专用计算机和专用操作系统的s c a i ) a 系统，如电力自动化研究 院为华北电网开发的s d l 7 6 系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系 统所设计的h - 8 0 ) d 系统。这一阶段屉从计算机运用到s c a d a 系统时开始到7 0 年 代。 第二代是8 0 年代基于通用计算机的s c a d 系统，在第二代中，广泛采用v a x 等其它计算机以及其它通用工作站。操作系统一般是通用的u n i x 操作系统。第 一代与第二代s c a d a 系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有 开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难。 9 0 年代按照开放的原则，基于分布式计算机两络以及关系数据库技术的能 够实现大范围联网的s c a d a 系统称为第三代。这阶段是我国s c a d a 系统发展最 快的阶段，各种晟新的计算机技术都汇集进s c a d a 系统中。 第四代s c a d a 系统的基础条件已经或即将具备，预计将与2 l 世纪初诞生。 该系统的主要特征是采用i n t e r n e t 技术、面向对象技术、神经网络技术以及j a v a 技术等技术，继续扩大s u a d a 系统与其它系统的集成。 11 4s o a a 系统发展瞻望 s c a d a 系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过。当今， 随着自动化系统对s c a d a 系统需求的提高以及计算机技术的发展，为s c a d a 系统 提出新的要求，概括地说，有以下几点： 1 、s c a d 系统与其它系统的广泛集成 s c a d a 系统是自动化的实时数据源，为栅i 系统提供大量的实时数据。同时 在模拟培训系统，m i s 系统等系统中都需要用到实时数据，而没有这个实时数据 信息，所有其它系统都成为“无源之水”。所以在这今十年来，s c a d a 系统如何 与其它非实时系统的连接成为s c a d 研究的重要课题；现在s c a d a 系统已经成功 地实现与d t s ( 调度员模拟培训系统) 、企业m i s 系统的连接。s c a d a 系统与供 电能系统，地理信息系统、水击保护系统、自动化消防系统以及办公自动化系统 的集成成为s c a d 系统的一个发展方向。 2 、专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用。 利用这些新技术模拟电网的各种运行状态，并开发出调度辅助软件和管理决 策软件，由专家系统根据不同的实际情况推理出犀优化的运行方式或出来故障的 第一章概述 方法，以达到合理、经济地进行自动化系统调度，提高运营效率。 3 、面向对象技术( o o t ) 是网络数据库设计、市场模型设计和站控系统分析 软件设计的合适工具，将面向对象技术 o o t ) 运用于s c a i ) a 系统是发展趋势。 随着i n t e r n e t 技术的发展。浏览器界面已经成为计算机桌面的基本平台， 将浏览器技术运用于s c a d a 系统，将浏览器界面作为电网调度自动化系统的人机 界面，对扩大实时系统的应用范围，减少维护工作量非常有利；在新一代的s c a d a 系统中，传统的瑚i 界面将保留，主要供调度员使用，新增设的w e b 服务器供非 实时用户浏览。以后将逐渐统一为一种人机界面。 j a v a 语言综合了面向对象技术和i n t e r n e t 技术，将编译和解释有机结合， 严格实现了面向对象的四太特性：封装性、多态性、继承性、动态联编，并在多 线程支持和安全性上优于c + + ，以及其它诸多特性，j a v a 技术将导致s c a d a 系统 的一场革命。 1 1 5s o a d a 系统在石油系统的应用 进入二十一世纪，随着国家西部开发战略的实施，贯穿西东长达四千余 公里的西气东输工程为代表的多条长距离输气管道的先后开工建设，将我国 的管道事业推向的又一个飞速发展的时期。在未来的十年内我国将建成多条 国内、国际输油气管线。这些管线的特点是口径大、距离长、自动化水平高。 长输管线s c a d a 系统是由调度控制中心、通讯系统、站控系统和站场仪 表控制器构成的综合计算机数据采集与监督管理控制系统。在它的监督管理 控制下，分布在数干公里管线的所有设备安全、可靠、平稳、高效地运行， 同时，它还能根据来自现场的数据，及时地预见或发现生产过程中潜在的问 题或故障，为运营人员制订操作应对策略提供必要的数据信息，监测生产调 度人员操作指令的执行进程和结果，系统或设备出现异常时提供自动安全联 锁保护，避免事故发生造成重大经济损失。 自从上世纪八十年代末以来，我国的东西部输油管网相继以提高自动化运 营水平为目的技术改造，使原来由调度人员通过长途电话人工要数据并发布命 令调整运行参数和工艺流程的低水平人工操作管理模式，逐步过渡到由调度控 制中心计算机监控系统、数据传输系统和站控计算机为一体的全线计算机自动 化操作运营s c a d a 模式，缩短了我们与国际管道先进运营管理水平的差距。系 统充分发挥各级计算机强大快速的数据采集、处理和传输功能，并在丰富的应 3 第一章概述 用软件的支持下，实现对运行参数的连续检测控制以及设备的运行状态的监控 与联锁保护。这不仅提高了长输管网运营的可靠性，也大大降低了系统的运营 成本，提高了管道运输的经济效益。长距离输油气管网的s c a d a 系统中以站控 系统为基础，正是站控设备完成各站场工艺参数和设备运行状态的采集，并借 助于通信系统向调度控制中心提供基础数据调度控制中心的各种控制命令也 是通过站控系统得以实施的。另外，在调度控制中心计算机或通信发生意外时， 站控系统独立负责相应站场的监督控制，确保整个管网安全平稳运行。因此， 站控系统及设备的管理维护水平决定着整个系统功能的发挥和平稳。此外，p l c 除用做站控设备外，还是加热炉、压缩机及燃气轮机、站场供电系统、自动化 消防系统的监控设备。 1 2 国内外自动化消防系统的发展水平及应用状况 1 2 1 国外自动化消防系统的发展水平 随着我国国民经济的高速发展，能源在我国国民经济中地位越来越重要， 因此大型储备油库的建设又掀起了新的高潮，然而经济的发展油库的大规模 建设与火灾危险的增长是并存的，因此自动化消防系统的实现就变得日趋重 要。国外在石油、天然气储运及大型油罐区防火安全工程研究方面开展较早， 发展迅速，英、美、德、法等国都进行了相关技术的研究与产品开发，在此领 域的技术产品发展也较快，发达国家的油罐区都安装了先进的火灾报警系统， 自动化灭火系统，以及先进的电视录象系统，有效的预防和防止了火灾的发生。 防火于未“燃”，工业现场自动化消防系统为最佳解决方案他可以以最 小的消防代价获得人身和财产的最大安全。国外自动化消防系统主要有： 氲气自动消防系统 高压低压二氧化碳系统 水雾自动灭火系统 泡沫自动灭火系统 干粉自动灭火系统 1 、火灾探测：国外在大型油罐上主要采用感温电缆、火焰探测器、可燃气 体探测仪进行火灾信息的探测。 2 、自动控制方面：当火灾探测仪表探测到火灾报警信息时，根据火灾探测 方式和可靠性，选择经人工确认或自动启动消防系统来完成自动消防全过程的 第一章概述 方式。 1 2 2 国内自动化消防系统的发展水平 我国七十年代后期至九十年代初期在基础领域进行了大量的研究，公安部 天津消防科学研究所相继完成了进三十项研究与开发，但并没有进行工程实验 及工程应用。从而拉大了和国外在自动化消防应用技术上的差距。因此具有自 主知识产权的自动消防系统的设计开发显得犹为重要。 1 3 本系统的设计目的和要完成的主要工作 1 3 。1 房山自动化消防系统设计的目的 1 、便于现场火灾状况的监视； 2 、有效预防火灾的发生； 3 、使自动化消防系统具有较高的安全可靠性； 4 、使工作人员便于发现火灾方便操作； 5 、删i 画面更加人性化。 1 3 2 房山自动化消防系统设计的主要内容 1 、监视系统： 2 、下位软件的开发调试： 3 、p l c 系统硬件的安装调试； 4 、m m l 人机界面的开发调试； 5 、语音报警软件的开发调试； 6 、现场仪表的安装调试； 7 、报警数据库的建立。 1 3 3 设计的主要技术关键 1 、下位软件的开发： 2 、p l c 系统硬件的安装调试； 3 、删1 人机界面的组态开发； 4 、语音报警软件的开发。 1 34 设计的主要技术特点 第一章概述 l 、采用通用高性能的p i , c 和冗余分散控制设计，通用性好，可靠性高，易 于系统扩展和维护。 2 、物理层采用工业以太网从而完成了和供电系统、地理信息系统、防漏 检测系统、水击保护系统以及站控系统的信息共享，控制层采用d h + 网络 结构，p l c 与消防操作站通过d h + 网络直接通讯，网络结构简化、可靠。 从而使p l c 和操作站具有最大限度的独立性和灵活性。 图1 i 系统网络结构 3 、汉化人机界面和全鼠标操作，流程状态、趋势、棒状图和报警等，清 晰明了，操作控制窗口灵活，直观，操作简单、快捷和方便，利用v b 编程完 成语音报警功能使系统的i 恤v l 界面更加人性化。 4 、操作多级限制保护，不同的操作级别如系统级、工程师级、操作级和 访问级，赋予不同的操作方式和内容，划分操作区域和防止误动作，保护系统。 1 3 5 设计的主要技术依据 本方案遵照中华人民共和国国家标准火灾自动报警系统设计规范 ( g b 5 0 1 i b 一9 8 ) 和自动化仪表工程旌工及验收规范。 第二章自动化游肪系统的辖体设计 第二章自动化消防系统的整体设计 2 1 自动消防系统工艺简介： 图2 1 工艺设备主画面 i 、房山站内有储油罐8 座，1 0 0 0 0 方原油储罐4 座，2 0 0 0 0 方原油储罐4 座，上面安装泡沫管线，和泡沫发生器水喷淋管线，当火灾发生时进行泡沫喷射 和水喷淋降温； 2 、每个罐d 口有水喷淋电动控制阀两个，泡沫控制阀一个： 3 、2 0 0 0 方消防水罐两座，提供消防用水。泡沫罐一座，提供灭火药剂。 4 、消防泵房内消防泵两台，f p 3 、f p 4 消防水泵由电机驱动，f p l 、f p 2 水 喷淋泵两台由电机驱动，各有泵出口电动控制阀一个。在启泵前为了避免泵的 抽空损坏，因此工艺要求泵出口电动控制闽首先开至5 开度，然后启泵，待压 力升至设定压力后打开出口电动控制阀； 5 、泡沫发生装置一套，泡沫泵送来泡沫灭火药剂和消防水泵送来的消防 水在此装置中形成6 水成泡沫灭火药剂，通过泡沫管线送至各罐。 第二章自动化消防系统的整体设计 2 2 自动消防控制系统简介 秦京输油( 气) 分公司首站库区自动消防控制系统属于油罐的消防系统。对 硬件的要求很高，因此本设计采用以美国a l l e n b r a d l e y 公司s l e 5 0 4 为核心的 控制设备，系统具有功能齐全、网络功能强大、操作维护方便等特点。 上位机软件采用先进的组态软件r s v i e w 3 2 ，编制出的界面友好、逼真，通 过网络技术使得监控界面运行效果真实，实时性强。 软件运行在w i n d o w s 2 0 0 0 操作系统环境下，具有较好的稳定性、可靠性及可 移植性；软件的界面友好，图形化、数字化动态显示实时测量的物理参数；数据 采集正确，数据处理及时、有效；数据库结构合理，数据存储安全、迅速，提供 数据库与其他分析软件接口；工艺流程控制准确，控制系统反映迅速。 2 2 1 系统组成及功能 自动消防控制系统是由上位机系统、下位机系统、接口电路、报警信息探测 系统、电视监视系统、防雷保护系统、供电系统、手动控制屏模拟显示屏、远 程调度终端等组成。 2 2 1 1 上位机系统 上位机系统拟选用研华i p c 6 1 0 工控机、显示器、打印机等组成，主要完成 1 、实时监测消防系统状态； 2 、实时监测、存储、打印报警信息： 3 、建立信息数据库； 4 、随时查询报警记录和历史记录 5 、显示消防系统( 工作) 状态。 2 2 1 2 下位机系统 下位机系统选用美国a b 公司s l c 5 0 4 ，主要完成： 1 、实时采集报警信息； 2 、实时采集消防水罐液位； 3 、实时采集消防泵出口压力； 4 、人工确认火灾信息后，启动消防系统，自动完成灭火系统的控制 5 、自动启动水喷淋系统； 6 、实时上传系统信息； 第二章自动化消防系统的警体设计 7 、接受并执行上位机的控制信息 8 、实时检测并执行手动操作。 2 2 1 3 接口电路 1 、将下位机的输出信号转换成执行器的启动所需的控制信号； 2 、将执行器的反馈信号转换成下位机的接收信号电平： 3 、脱离p l c 对现场设备进行单体控制。 2 2 1 4 报警信息检测系统 i 、温度报警 温度报警信息探测系统由感温电缆及感温电缆适配器组成，用于检测油罐被 测区域的温度，并通过感温电缆适配器将检测到的温度信号报警信息送至下位 机。 2 、故障报警 故障报警信息探测系统由感温电缆适配器、泵故障反馈信号、阀故障检测开 关等组成，用于感温电缆故障、感温电缆信号传输电路故障、泵故障、阀故障等， 并将故障报警信息送至下位机。 2 2 1 5 手动操作模拟显示屏 本系统将手动控制盘及模拟显示屏设计为一体结构，用于显示系统的状态， 并能通过模拟屏上的手动控制键完成自动灭火、自动水喷淋，在硬手动操作模式 下，能对各泵和阀进行单体操作。 2 2 1 6 电视监视系统 电视监视系统是用来观察现场情况，确认火灾的发生，即一旦发生火灾报警， 工作人员无须到现场，只是在控制室内利用电视系统，确认火情，同时，能对图 像进行存储和检索，并实现图像的远程传输。电视监视系统由摄像机、护罩、云 台、终端解码器、视频放大器、视频切换器、数字录像机、监视器、夜视照明灯 及相应的传输线路和避雷系统等组成。 2 2 1 7 远程调度终端 远程调度终端由自动控制系统调度终端和电视监视系统调度终端组成。 1 、自动控制系统调度终端 自动控制系统调度终端具有上位机系统相同的功能。操作时需通过安全 第二章自动化消防系统的整体设计 系统输入密码后进行对现场设备的操作。 2 、电视监视系统调度终端 电视监视系统调度终端可实现对信图像息的录像、云台、镜头的控制的功能。 2 2 2 系统结构 控制系统结构如图2 2 所示。 薹望兰銎捶誊 泵润反 阀电源 制信号警信号 馈信号 忡 图2 2 控制系统结构 1 0 感温电 缆信号 第二章自动化消防系统的整体设计 2 3 自动化消防系统设计方案 石油天然气管道公司房山输油站，是石油系统的大型输油站。自动化消防系 统的建成，不仅使全厂设备采用远程监视和控制，且大大减轻了工作人员的劳动 强度，也极大的提高了性统的可靠性和安全性。 2 3 1 消防计算机系统方案 以消防操作员工作站为上位机，可编程控制器为下位机的控制模式，p l c 实 现了远程数据采集、控制执行机构运转、执行机构的故障检测等功能，可编程控 制器采用美国a l l e n b r a d l e y 公司的先进的s l c 5 0 0 系列产品，可靠性高，性能稳 定；操作员工作站采用两台安装1 7 8 4 一p k t x 通讯卡的研华工控机系统，1 7 8 4 一p k t x 通讯卡插入控制室工控机中，使该系统和消防泵房的s l z 5 0 0 构成工业安全可靠快 捷的d h + 网，p c 机上的通讯软件r s l i n x 作为通信驱程和动态数据库。w 1 人机 界面工业组态软件采用a 1 l e n - b r a d l e y 公司r s v i e w 3 2 。通过o p c 技术从r s l i n x o p c 服务器获得数据，利用组态及动画技术构成和现场对象逼真的动态显示画面。 但由于设备出现故障和火警时只显示故障信息而没有语音报警，给工作人员及时 发现问题带来了极大不便。本设计利用v b 编程通过d d e ( d y n a m i cd a t a e x c h a n g e ) 与工控系统通讯，实现了系统语音报警的功能。因此使操作人员对现 场故障和现场报警状况准确了解。作为人机界面的上位机，实现了数据处理、各 类显示、报警、报表、打印、功能转换等功能，上位机、下位机和扩展i o 之间 采用先进可靠、高速传送实时i o 的d h + 控制网络通信技术，实现了过程数据采 集、实时传输和过程丰卒制，增强下位机的扩展性和数据采集的实时性。消防计算 机系统方案如下图所示： 图2 3 消防计算机系统方案 2 3 2 现场参数检测及监控系统方案 第二章自动化消防系统的整体设计 l ，火灾探测：本设计在大型油罐上主要采用感温电缆加智能终端盒、温度 开关、可燃气体探测仪进行火灾信息的探测。在感温电缆加智能终端盒组成的感 温系统中，采用s t 8 2 1 9 6 型智能终端盒，当油罐温度超过设定值时，发出火灾报 警信号，断线时发出断线报警，并进行较为直观的光柱实时显示现场温度。 2 、液位探测：为了可靠监铡消防水罐的液位探测，在液位超高和超低情况 下给予报警提示，分别在两个灌上安装了较为可靠的投入式液位计。 3 、压力检测：在自动化消防系统中为了有效的保护设备，保证自动程序的 执行，在每一个泵的出口安装了压力变送器。 4 、电视监控：采用s o n y 公司j i - 8 0 0 0 c e 数字式低照度夜视彩色监视摄像机， 和计算机之间构成远程4 8 5 网络硬盘录像系统，实现对罐区的监视，当火灾发生 时由p l c 控制进行现场录像。 5 、冗余设计：由于自动化消防系统对可靠性的特殊，在工艺上，采用了两 台电机互为备用的系统。在阀、计算机、通信系统、硬盘录像系统等的电源设计 上采用两个5 0 0 0 1 ( v 的在线式u p s 电源互为备用，从而保证了整个系统用电的稳 定性、可靠性，提高了系统的抗干能力。 6 、在自动控制方面根据火灾探测方式和可靠性。选择了适合国情的经人工 确认后启动消防系统来完成自动消防全过程的控制方式。 2 4 自动消防系统组成及工作过程 整个油库自动消防系统由以下几个子系统组成：火灾报警系统、灭火系统、 冷却系统、公用指示、电视监视、硬盘录像及删i 子系统组成系统状态分为自 动、手动和仿真三个状态，仿真程序的编制使得操作人员可以在离线形式下模拟 现场出现的各种情况，方便了现场人员的培训。 2 4 1 火灾报警系统 火灾报警系统当火灾发生时，设在每个储油罐上的感温电缆探测火灾时， 与之相连的感温电缆适配器将发出火警信号。另外，如设在每个储油罐前的现场 火灾报警盒( 共4 个) 上的按钮被按下后，火灾报警系统也将收到火警信号。火 灾报警系统收到火警信号后，火警警笛鸣响，同时报警灯点亮，语音报警系统给 出语音报警信息，删i 上相应检测点进行红黄闪烁报警。 第二章自动化捎防系统的整体设计 2 4 2 灭火系统 本系统有自动、手动、硬手动三种工作方式。 1 、自动工作方式 自动工作方式是通过计算机系统控制的能自动按照消防工艺的要求完成泡 沫灭火和水唼淋过程的工作方式。此时，操作盘上的工作方式选择开关置于自动 位置。 2 、手动工作方式 手动工作方式是通过计算机系统控制的能对泵和阀进行单体操作的工作方 式，即通过对泵和阀进行单体操作完成泡沫灭火和水喷淋过程的工作方式。此时。 操作盘上的工作方式选择开关置于手动位置。 3 、硬手动工作方式 由于消防系统的特殊性，因此加入了硬手动工作方式，保证了系统的冗余， 硬手动工作方式是不通过计算机系统控制的能对泵和阀进行单体操作的工作方 式，即在计算机系统故障或断电时时可对泵和阀进行单体操作，完成泡沫灭火和 水喷淋过程的工作方式，是一种备用工作方式。此时，操作盘上的工作方式选择 开关置于硬手动位置。 2 4 2 1 自动工作方式 在自动工作方式下，各现场设备应于“远程”工作方式。 当火灾发生时，操作人员先按下“预启动”按钮后，系统进入消防作业程序。 操作人员按下“x 号罐泡沫灭火打开”按钮后( 此处x 代表l 。8 ) ，系统将： l 、打开“x 号罐相应泡淙阀”： 2 、“泡沫泵释放阀”开启5 ，启动“泡沫泵”电，达到设定压力后，“泡沫 泵释放阔”开至1 0 0 。启动“p u 一3 泡沫泵”电机时，如启动失败，则自动启动 “p u 一4 泡沫泵”。“p u 一3 ”、“p u 一4 ”任意泡沫泵启动成功后继续运行，“p u - 3 ”、 “p u 一4 ”互为备用，从而保证了系统的可靠性； 3 、当火灾被消灭后，操作人员按下“泡沫灭火停止”按钮或“全停”按钮 后系统进入自动停止流程； 4 、停止“p u 一3 ”或“p u - 4 ”泡沫泵电机； 6 、关闭“x 号罐泡沫主阀”； 6 、关闭第一支路“泡沫选择阀”； 7 、关闭第二支路“泡沫选择阀”。 第二章自动化消防系统的整体设计 2 4 2 2 手动工作方式 在手动工作方式下，各现场设备如选择“远程”工作方式时： 操作人员进入工艺画面( 如图2 1 所示) ，点击相应设备弹出相应操作画面， 如图2 4 所示。如按下“x 号罐泡沫主阀打开”按钮后，系统将打开“x 号罐泡 沫主阀”。按下“x 号罐泡沫主阀关闭”按钮后，系统将关闭“x 号罐泡沫主阀”， 图24 电动阀操作画面 操作人员按下“泡沫选择阀打开”按钮后，系统将打开“泡沫选择阀”。按 下“泡沫选择阀关闭”按钮后，系统将关闭“泡沫选择阀”。 按下“消防水释放阀打开”按钮后，系统将打开“消防水释放阈”。按下 “消防水释放阀关闭”按钮后，系统将关闭“消防水释放阀”。 操作人员进入工艺画面( 如图2 1 所示) ，点击相应设备弹出相应操作画面， 如图2 5 所示，按下p u x ( x 为1 2 ) 4 消防水电机启动”按钮后，系统将启动 对应的“消防水电机”。按下p u 矗“消防水电机停止”按钮后，系统将停止对 应的“消防水电机”。 按下p u x ( x 为3 4 ) “泡沫泵电机启动按钮后，系统将启动对应的“泡沫 泵电机”。按下p l i - x “泡沫泵电机停止”按钮后，系统将停止对应的“泡沫泵 电机”。 1 4 第二章自动化消防系统的整体设计 2 43 冷却水系统 图25 消防泵操作画面 在自动工作方式下。各现场设备将选择“远程”工作方式。 当火灾发生时，操作人员先按下。预启动”按钮后，系统进入消防冷却作业 程序。 操作人员按下“x 号罐冷却水打开”按钮后( 此处x 代表1 8 ) ，系统将： 1 、开“x 号罐冷却水主阀”； 2 、“冷却水释放阀”开至5 ，启动“p u 一0 1 冷却水泵”电机，如启动失败， 则启动“p u _ 0 2 冷却水泵电机。“p u 一0 l ”，“p u 一0 2 ”任意冷却水泵启动成功后 继续运行，当泵口压力达到设定标准值时，打开对应的冷却水释放阀。 2 4 4 公用指示系统 1 、消防系统设备状态指示 2 、故障指示： 3 、工作方式指示； 4 、各单体设备电气故障指示及报警； 5 、电源正常指示( 硬件设计) ： 6 、各感温电缆及现场报警电气故障指示及报警； 7 、p u 一1 4 ，p u 0 1 ，p u 一0 2 共4 个泵出e l 压力显示 8 、各消防水罐液位显示。 第二章自动化消舫系统的整体设计 2 4 5m m i 系统 姗i 系统共由以下子系统组成：工艺设各监控画面，报警，记录，帮助，通 讯，安全系统等。 第三章控制厨络选型及o f t 服务器软什设置 第三章控制网络选型及o p c 服务器软件设置 3 1 网络选择： 在控制层，本设计采用了a b 公司的1 7 8 4 p k t x 洲+ 通信卡。通过对r s l i n k 进 行设置构成安全可靠的d h + 通信网络。d h + ( d a t ah i g h w a yp l u s ) 网络是一种工业 局域网，用于支持工厂应用工程的远程编程，也可以通过d h + 在可编程序控制器、 计算机、人机界面产品等之间进行数据传送。s l c 5 0 4 可编程序控制器都有内置 的d h + 通信口。d h + 网络的每个链路最多可以连接6 4 个设备，用户可以组态一个 具有9 9 个链路的网络。一个多链路网络可以具有更多的节点。借助于将节点布 置在一个适当的含有几个节点并与其它节点隔离的链路中，可以提高信息的传输 效率。d h + 网的基本传输速率为5 7 6 k b s ，最大距离是3 0 5 0 r a 。如果距离缩短为 7 6 2 5 m ，传输速率可达到2 3 0 4 k b s 。 3 2o p c 服务器软件设置 r s l i n x 是具有完整特征的产品。r s l i n x 包括r s l i n xl i t e 和r s l i n xo e m 的所有特点。增加了与任何d d e 客户程序o p c 客户程序，的动态数据交换，内置 a b 公司常用接口产品的驱动程序，使通信组态方便而快捷，具有极高的实时性、 可靠性和安全性。 ， 3 2 1r sjin x 界面元件组成及主要功能介绍 当起动r s l i n x 后，r o c k w e l l s o f t w a r er s l i n x 应用程序窗口出现。应用程 序窗口包括标题栏、菜单栏、工具栏、以及一个状态栏，如图3 1 所示。 1 、标题栏 除显示软件名称外，标题栏还包括控制菜单、最大化、最小化以及关闭程序 控制，其符号与功能与w i n d o w s 定义相同。 器 2 、菜单栏 r s l i n x 菜单包括以下任务选项； f i l ez 创建与打开r s l i n x 项目； e d t ：拷贝d d e 链到剪贴板； v i e e ：设置与改变r s l i n x 界面显示，打开e v e n tv i e w e r ，选择r s w h o 观察 第三章控制网络选型爱o p c 服务器软件设置 c o m u n i c a t i o n s ：组态驱动程序、主题及其它r s l i n x 选项。查看驱动程序、 o d e ，其它客户应用程序的诊断； s t a t i o n ：执行诊断计数器功能以及查看s icd a t am o n i t o r ； d d e ：组杏d d e o p c 主题以及查看事件与诊断信息： w i n d o w ：排列r s l i n x 窗口； h e l p ；查看r s l i n x 以及其它r o c k w e l ls o f t w a r e 产品与服务的帮助选项。 具栏。 r s l i n x 具栏包括3 个使用r s l i n x 功能的的快捷方式，每个按钮是菜单命 令的一种图形表示。 c o m m u n i c a t i o n s r s w h o 菜单项在r s w h o 窗口显示处理器通信网络上 所有有用的活动的站点。r s w h o 是r s l i n x2 0 新的网络测览界面。代替旧 版s u p e r w h o 界面。在r s w h o 中，用户可以在一屏内查看所有活动的网络通信 图3 1 r s l i n x 界面 r s w h o 的左框为树型控制框，用于显示网络和设备；右框为列表控制框，用 于显示一个集合的所有成员。一个集合可以是一个网络或一个网桥设备。通过击 打鼠标右键，可以在列表控制框内选择大图标或详细列衷。 如果一个显示的设备带有一个红色的x ，表示r s w h o 原来能识别该设备而现 在不能。红色x 表示一个通信状态错误，例如拔掉一个经识别过的设备。可以将 鼠标移到这些设备上击打鼠标右键并选择d e l e t e 将其从r s w h o 显示中删除。 第三章控制网络选型及o p c 服务器软件设置 翻菜单选择c o m m u n i c a t i o n s c o n f i g u r ed r i v e r s 菜单或单击工具栏中 的图标组态一个驱动程序到r s l i n x 。组态驱动程序对话框。该对话框用于显示、 添加、编辑或删除驱动程序。可以从可用驱动程序列表中选择一个驱动程序进行 组态，并完成驱动程序组态对话框所显示的必需的信息输人，驱动程序组态对话 框依所选择的驱动程序的不同而不同。 图3 。2 组态驱动程序对话框 雕菜单选择：c o m m u n i c a t i o n d r i v e rd i a g n o s t i c s 驱动程序诊断窗允 许用户通过观察活动数据来帮助评估所指定驱动程序的性能。可通过选择 c o m m u n i c a t i o n c o n f i g u r ed r i v e r s 菜单或单击工具栏中的图标打开驱动程序 诊断窗。 菜单选择：e d i t c o p yd d el i n kt oc 1 i p b o a r d 。 按下该按钮，r s l i n x 弹出如图3 3 所示的窗口。在r s l i n x , 一个项目 ( p r o j e c t ) 包含一个或多个d d e 或o p c 主题( t o p i c ) 一个主题则描述了通向 一个处理器的特定的路径。通过将多个主题组合在一个项目里就可以同时拥有 多个主题。通过打开p r o j e c t 窗口创建和编辑项目，项目的主题通过打开d d e o p ct o p i c c o n f i g u r a t i o n 窗口来创建和编辑。如果尚未创建出一个项目，则d d e t o p i cc o n f i g t r c a t i o n 项被禁止，因此在组态d d e 主题之前必须先刨建一 个d d e 项目。 在图3 3 中所示的d a t as o u r c e 表中选择要通信的设备。若要在一个已包 含至少一个其它主题的的项目中添加一个新主题，单击n e w 键；若要编辑一个己 1 9 第三章控制网络造型及o p c 服务器软件设置 有的主题，从列表框中选择主题。可使用d a t ac o l l e c t i o n 表输人有关指定主 题的更详细的信息。 图3 3d d e o p ct o p i cc o n f i g u r a t i o n 窗口 3 2 2r s l i n x 应用 i 、d h + 网络通信设置 在控制层，本设计采用了a b 公司的1 7 8 4 p k t xd h + 通信卡，因此，在组态驱动 程序对话框选择第四项相应驱动程序，并进行站点和通信参数设置，由于d h + 网 下挂的s i c 5 0 0 出厂设置站点号为。