大型石化碼頭控制系統(tǒng)設(shè)計研究

1、大型石化碼頭控制系統(tǒng)設(shè)計研究摘要：文章闡述了大型石化碼頭通過合理的控制系統(tǒng)設(shè)計，進(jìn)而有效的提高港口裝卸效率和自動化管理水平，增強(qiáng)了操作安全性。關(guān)鍵詞：大型石化碼頭； PLC控制系統(tǒng)； 計算機(jī)管理系統(tǒng)； 集中控制； 火災(zāi)報警系統(tǒng)改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，能源需求越來越大，大中型石化碼頭的建設(shè)日新月異。石化碼頭為爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境，新工藝、新設(shè)備的應(yīng)用和消防設(shè)計的高標(biāo)準(zhǔn)，需要碼頭控制系統(tǒng)設(shè)計合理，安全，先進(jìn)。本文結(jié)合“湛江新建油碼頭工程”這一大型石化碼頭的工程實(shí)例，在合理設(shè)計碼頭控制系統(tǒng)，有效的提高港口裝卸效率和自動化管理水平，增強(qiáng)操作安全性等方面進(jìn)行一些探討。 本工程包括一座30萬噸

2、級原油碼頭和3座50002萬噸級成品油碼頭，主要有電動閥門、油泵、電液動裝卸臂、消防炮塔、火災(zāi)報警系統(tǒng)等工藝和消防設(shè)備及壓力、溫度、氣體探測等儀表。本工程通過可編程序控制器（PLC）對整個裝卸作業(yè)過程進(jìn)行自動控制、自動監(jiān)測，并配置計算機(jī)監(jiān)控與管理系統(tǒng)。 可編程序控制器（PLC）于60年代末期在美國首先出現(xiàn)，目的是用來取代繼電器，建立柔性程序控制系統(tǒng)。它使用了可編程序存儲器儲存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件，控制各種機(jī)械或工作程序，PLC對于順序控制有其獨(dú)特的優(yōu)勢。大型石化碼頭開關(guān)量多，需要大量邏輯控制。因此本工程選用可編程序控制器（PLC）控

3、制系統(tǒng)。 由于碼頭上的受控設(shè)備及檢測儀表均集中在平臺上，且為爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境，因此本工程自動控制系統(tǒng)采用集中控制、集中監(jiān)控和集中管理結(jié)構(gòu)，以便管理和使用。自動控制系統(tǒng)由上位計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和可編程序控制器（PLC）控制系統(tǒng)組成。上位監(jiān)控計算機(jī)和PLC主機(jī)設(shè)在碼頭綜合樓4層中心控制室內(nèi)，負(fù)責(zé)整個碼頭的控制。 中心控制室由可編程序控制器（PLC）和控制網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備、消防控制臺、CCTV等組成。遠(yuǎn)程I/O站由各種輸入、輸出模塊、電源模塊、通訊模塊和接線端子組成。遠(yuǎn)程站通過PROFIBUS-DP總線接入中心控制室PLC系統(tǒng)，通訊介質(zhì)為光纜。 由于本工程規(guī)模較大，在平面布置上分成兩大部分，在綜合樓中心

4、控制室配置一套控制系統(tǒng)PLC1，控制范圍為30萬噸級原油泊位和2萬噸級成品油泊位；在碼頭工作房控制室配置一套控制系統(tǒng)PLC2，控制范圍為2個5000噸級成品油泊位。兩套系統(tǒng)相對獨(dú)立，又通過上位計算機(jī)互相通訊。這樣當(dāng)某一套PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不影響其它PLC系統(tǒng)的運(yùn)行，提高了控制系統(tǒng)的安全性，并且PLC系統(tǒng)靠近受控設(shè)備，能有效地減少電纜敷設(shè)，節(jié)省投資。每套PLC控制系統(tǒng)為雙CPU（中央處理器）的雙機(jī)熱備冗余設(shè)計，這樣極大的提高了控制系統(tǒng)的可靠性。在石化碼頭這樣的危險和重要場所，能最大限度的保證整個工藝流程控制系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。本工程計算機(jī)管理系統(tǒng)由4套上位監(jiān)控計算機(jī)及軟件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，碼頭

5、控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)（冗余）與后方罐區(qū)控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。并通過網(wǎng)絡(luò)與其他港口以及海關(guān)、商檢、貨主等駐港單位進(jìn)行信息通信，實(shí)現(xiàn)信號共享。這樣，在罐區(qū)可監(jiān)察碼頭的主要工作狀態(tài)及設(shè)備運(yùn)行情況，在碼頭也可監(jiān)察罐區(qū)的主要工作狀態(tài)及設(shè)備運(yùn)行情況，做到整個自動控制系統(tǒng)的連續(xù)，及時，可靠。 一、本工程控制系統(tǒng)包括如下方面： 油品流程設(shè)備電動閥門等的遠(yuǎn)程遙控和狀態(tài)的集中監(jiān)控； 管道壓力、溫度和流量的自動檢測、監(jiān)控和超限報警； 可燃及有毒氣體泄漏情況的自動檢測、監(jiān)控、超限報警和緊急關(guān)閥； 火災(zāi)自動報警，記錄，顯示； 電液動裝載臂左右、上下、前后位置的檢測、監(jiān)控和超限報警。 對于電動閥門等碼頭工藝流程主要設(shè)備，可

6、以通過碼頭控制室監(jiān)控電腦進(jìn)行單機(jī)操作，進(jìn)行選擇流程自動控制；也可以在設(shè)備安裝調(diào)試及維修時，在現(xiàn)場通過控制按鈕進(jìn)行單機(jī)控制。 最大限度保證操作的可靠和安全。 本工程裝卸的油品等物質(zhì)為易燃易爆的危險品，發(fā)生火災(zāi)或其它意外情況危害極大。因此，依照國家相關(guān)規(guī)范，本工程采用控制中心集中報警聯(lián)動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)設(shè)計將火災(zāi)自動報警系統(tǒng)納入，做到自動監(jiān)測和聯(lián)動。做到工藝流程和火災(zāi)緊急情況的實(shí)時性和連貫性，極大的提高港口裝卸效率和自動化管理水平，增強(qiáng)了操作安全性。 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)置了以下火災(zāi)報警設(shè)施：在碼頭，棧橋每隔50米設(shè)置一組手動報警按鈕，緊急停止按鈕及紅色火警燈等聲光報警裝置；在工作平臺和棧橋根部設(shè)置可

7、燃?xì)怏w濃度探測器；在工藝管線上設(shè)置壓力變送器和溫度傳感器。當(dāng)某一位置發(fā)生火警時，按下手動報警按鈕，發(fā)出聲光報警，在中心控制室電腦屏上顯示報警部位、時間，并自動作記錄。當(dāng)發(fā)生緊急情況時，按下緊停按鈕，發(fā)出緊急停止報警，并立即關(guān)閉有關(guān)閥門。當(dāng)氣體泄漏達(dá)到最低爆炸下限的25%時，相應(yīng)部位發(fā)出聲光報警。當(dāng)管道壓力下降太快，或氣體泄漏達(dá)到最低爆炸下限的50%時，系統(tǒng)將發(fā)出緊急報警，并馬上關(guān)閉相應(yīng)的閥門。同樣，當(dāng)管道壓力達(dá)到報警下限時，發(fā)出聲光報警，當(dāng)?shù)竭_(dá)報警上限時，系統(tǒng)將發(fā)出緊急報警，并馬上關(guān)閉相應(yīng)的閥門。所有這些動作都可在電腦上以模擬圖形式顯示，可進(jìn)行記錄和打印。 為更好的讓碼頭管理人員熟練操作本控制

8、系統(tǒng)和與后方罐區(qū)資源共享和運(yùn)行聯(lián)動，本工程設(shè)置一套計算機(jī)監(jiān)控和管理系統(tǒng)。在綜合樓4樓中心控制室設(shè)4臺上位監(jiān)控電腦，所有上位監(jiān)控電腦配置彩色圖形監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件在WINDOWS XP平臺上運(yùn)行。所有人機(jī)界面均為WINDOWS的標(biāo)準(zhǔn)形式，便于操作人員學(xué)習(xí)和使用。監(jiān)控畫面以中文條文、信息窗和彩色動態(tài)圖形模擬現(xiàn)場工藝和設(shè)備的各種工作狀態(tài)、故障狀態(tài)，以列表形式顯示設(shè)備的故障點(diǎn)、故障性質(zhì)、發(fā)生時間、確認(rèn)時間、消除時間等信息，以便操作人員能及時發(fā)現(xiàn)和排除故障。 二、監(jiān)控軟件設(shè)有以下畫面： 1、現(xiàn)場工藝設(shè)備動態(tài)模擬圖 當(dāng)工藝設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化時，畫面上相應(yīng)設(shè)備的顏色及標(biāo)明狀態(tài)的條文自動變化，使操作人員一目了然

9、，該畫面有流程選擇按鈕，起動/停止按鈕，自動/手動選擇按鈕，畫面切換按鈕，打印按鈕，菜單，快捷鍵功能鍵等。畫面上的按鈕可用鼠標(biāo)操作，也可用鍵盤操作，并有防止誤操作的密碼和彈出幫助信息窗口和出錯信息窗口，所有條文均為中文。 2、現(xiàn)場工藝管道壓力和溫度參數(shù)畫面 以棒形圖和文本框及趨勢圖實(shí)時顯示各個測量點(diǎn)的壓力和溫度，壓力和溫度數(shù)據(jù)可保存24小時。 3、罐區(qū)工作狀態(tài)畫面 以罐區(qū)模擬圖，中文條文，棒狀圖的形式顯示罐區(qū)主要設(shè)備的工作和故障狀態(tài)。 4、消防狀態(tài)畫面 以模擬圖及中文條文的形式顯示碼頭，罐區(qū)及消防泵房的火災(zāi)情況，可燃?xì)怏w濃度情況及消防泵房的工作情況，故障情況等，該畫面有火災(zāi)報警按鈕，確認(rèn)按鈕及

10、起/停消防泵按鈕。 5、故障報警畫面 以清單形式記錄和顯示所有I/O的工作狀態(tài)，故障狀態(tài)，故障性質(zhì)，故障發(fā)生時間，故障確認(rèn)時間，故障消除時間，上次故障發(fā)生時間，各設(shè)備發(fā)生故障次數(shù)等。 6、歷史事件畫面 以清單形式記錄和顯示所有開關(guān)，觸點(diǎn)以及操作員的動作時間，操作時間。便于出現(xiàn)故障和操作錯誤時進(jìn)行分析。也可以對出現(xiàn)的故障進(jìn)行統(tǒng)計，更正或消除容易出現(xiàn)故障的部件和環(huán)節(jié)。 三、結(jié)語 隨著我國大型石化碼頭的建設(shè)高潮，國內(nèi)石化碼頭或罐區(qū)安全事故也頻繁發(fā)生。在石化碼頭這樣的爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境，如何進(jìn)一步提高整體的裝卸效率和自動化水平，并最大限度的保證生產(chǎn)安全，已是石化碼頭自動控制系統(tǒng)設(shè)計的指導(dǎo)原則。上文結(jié)合一具體實(shí)施的工程實(shí)例，闡述了大型石化碼頭控制系統(tǒng)的合理設(shè)計?，F(xiàn)該工程