油庫(kù)罐區(qū)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、油庫(kù)罐區(qū)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)葉彥斐, 等油庫(kù)罐區(qū)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D e s i gn and Re a liza ti o n o f Au tom a ti o n M o n ito ri ng Sys tem fo r O il Tanks A re a葉彥斐李訓(xùn)銘劉光輝吳平121122(河海大學(xué)電氣學(xué)院, 南京210098; 南京富島工控網(wǎng)絡(luò)科技有限公司, 南京210061摘要:針對(duì)國(guó)內(nèi)油庫(kù)罐區(qū)監(jiān)控總體水平低、作業(yè)效率不高的現(xiàn)狀, 設(shè)計(jì)了一種基于采集控制層和監(jiān)控計(jì)量層的SCADA 系統(tǒng)解決方案。在采集控制層中, 詳細(xì)介紹了PLC 與儀表的RS 2485總線通信和脈沖頻率計(jì)數(shù)

2、。在監(jiān)控計(jì)量層中, 描述了基于iFix 組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的監(jiān)控計(jì)量軟件, 實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、計(jì)量、曲線、報(bào)警等功能。實(shí)踐運(yùn)行表明, 該系統(tǒng)對(duì)改善油庫(kù)罐區(qū)監(jiān)控現(xiàn)狀、提高作業(yè)效率起到了很重要的作用, 同時(shí), 對(duì)在類似監(jiān)控場(chǎng)合的應(yīng)用也有重要的借鑒意義。關(guān)鍵詞:罐區(qū)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可編程邏輯控制器監(jiān)控計(jì)量軟件中圖分類號(hào):TP273文獻(xiàn)標(biāo)志碼:AAbstract:O il tanks area aut omatic monit oring system is an i m portant component of oil far m automatic In the light of current statuses

3、, e . g . l ow general monitoring level of domestic oil tanks area and a data acquisition system s olu 2ti on based on the acquisition and control level and the monitoring and I acquisition and contr ol level, RS 2485bus communication and frequency count bet ween PLC and in I n the monitoring and me

4、asuring level, monito 2ring and measuring s oft w are based on iFix w is it has functions such as supervisory contr ol, measurement, curve and alar m etc . , according t o method . The p ractice shows that the system p lays an i mportant r ole in i m p r oving the monitoring level and . It is worth

5、using f or reference in the other si m ilar monit oring p laces . Keywords:Automati area oring system PLC Monitoring and metering soft w are0引言目前, 我國(guó)的油庫(kù)罐區(qū)自動(dòng)化監(jiān)控與國(guó)外相比, 總體水平較低。罐區(qū)數(shù)據(jù)還主要依靠人工測(cè)量、讀取和錄入; 工藝生產(chǎn)很多還是人工開(kāi)閥、手動(dòng)控泵。系統(tǒng)不僅存在監(jiān)控不及時(shí)、人為誤差大, 還有隨意性強(qiáng)、可靠性不高等缺點(diǎn), 因此, 很多油庫(kù)罐區(qū)都在進(jìn)行以擺脫傳統(tǒng)監(jiān)控方式、作業(yè)方法, 建立便捷、先進(jìn)、可靠的監(jiān)控系統(tǒng)為目的的自動(dòng)化

6、改造。油庫(kù)罐區(qū)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用現(xiàn)代信息化、自動(dòng)化技術(shù), 方便、快捷地了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行情況及歷史生產(chǎn)信息, 為生產(chǎn)調(diào)度決策提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù); 同時(shí)還能迅速、及時(shí)地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行有效控制, 從而提高作業(yè)效率。圖1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig . 1Structure of syste matic net w ork1油庫(kù)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)油庫(kù)罐區(qū)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)由采集控制層和監(jiān)控計(jì)量層通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接而成, 監(jiān)控計(jì)量層通過(guò)服務(wù)器與以太網(wǎng)相連1采集控制層主要由現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備、儀器儀表、可編程邏輯控制器及現(xiàn)場(chǎng)總線組成, 實(shí)現(xiàn)對(duì)油庫(kù)罐區(qū)工藝和資源的測(cè)控。油庫(kù)罐區(qū)工藝設(shè)備由油罐和管道兩部分組成。油罐涉及光導(dǎo)液位計(jì)、

7、Pt100和壓力傳感器等儀表; 管道涉及質(zhì)量流量計(jì)、溫度傳感器和壓力傳感器等儀表, 這些儀表共同用來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。同時(shí), 管道上安裝泵、43, 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。修改稿收到日期:2007-01-12。第一作者葉彥斐, 男, 1974年生, 2004年畢業(yè)于電子科技大學(xué), 獲碩士學(xué)位, 講師; 主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線、集散控制、過(guò)程控制及智能控制等。自動(dòng)化儀表第28卷第7期2007年7月油庫(kù)罐區(qū)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)葉彥斐, 等閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于工藝流程控制。采用基于可編程序控制器(PLC 的測(cè)控方案, 確保系統(tǒng)的高可靠性2位和溫度測(cè)量, 該儀表由二次表ZYG 2A101和一次表ZYG

8、2B101兩部分組成。10個(gè)罐裝有10臺(tái)一次表ZYG 2B101, 按內(nèi)部協(xié)議方式傳遞液位、溫度信號(hào)給控。PLC 選用Siemens CPU31522DP 可編程控制器, 通過(guò)CP U 的DP 口連接分布式站點(diǎn)ET200來(lái)拓展系統(tǒng)具有兩個(gè)分布機(jī)架擴(kuò)展機(jī)架。為增強(qiáng)與操作站計(jì)算機(jī)之間的通信能力, 在采集控制層中插有通信處理器CP34225, 監(jiān)控計(jì)量層計(jì)算機(jī)中插有CP5611網(wǎng)卡, 通過(guò)Pr ofibus 現(xiàn)場(chǎng)總線將兩者連接起來(lái)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控計(jì)量層由兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)量操作站組成, 基于iFix 組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)。具有工藝流程監(jiān)控、資源數(shù)據(jù)監(jiān)督、數(shù)據(jù)計(jì)算、趨勢(shì)圖查詢、系統(tǒng)報(bào)警及用戶管理等功能二 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,

9、 操作站計(jì)量精度很高。兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)量操作站互為備用, 監(jiān)控油庫(kù)罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)工藝, 計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。43制室的一臺(tái)二次表ZYG 2A101(每臺(tái)最多可接30臺(tái)一次表 , 二次表輪詢顯示10個(gè)罐的液位和溫度, 并以標(biāo)準(zhǔn)RS 2485總線協(xié)議輸出結(jié)果。如圖1所示, CP341通過(guò)RS 2485總線與光導(dǎo)液位計(jì)二次表ZYG 2A101相連, 總線兩端接入120終端電阻, 構(gòu)成RS 2485總線控制網(wǎng)絡(luò)。在P LC 硬件組態(tài)中設(shè)定波特率1200bp s 、8位數(shù)據(jù)位、1位結(jié)束位、無(wú)奇偶校驗(yàn)、異步ASC II 碼通信方式。P LC 通過(guò)CP341向光導(dǎo)液位計(jì)二次表ZYG 2A101發(fā)。罐上數(shù)據(jù)接主機(jī)架, 管道信號(hào)

10、接。送查詢命令, 液位計(jì)返回應(yīng)答信息, 從而獲得10個(gè)罐的液位、溫度數(shù)據(jù)。具體協(xié)議格式如表1和表2所示。表1Tab . 1For mmand fram e 5同時(shí), 由于采用精確計(jì)量算法(精度小于萬(wàn)分之溫度命令1200CR2采集控制層、溫度、壓力, , 采集泵、閥。為滿足采集與控制需要, P LC 模塊配置如下:開(kāi)關(guān)量輸入模塊, S M321, D I 32×24V, 6塊; 開(kāi)關(guān)量輸出模塊,S M322, DO8×Relay, 8塊; 模擬量輸入模塊, S M331, A I 8×16bit, 10塊; 模擬量輸入模塊, S M332, AO8×12b

11、it, 4塊; RS485串行通信模塊CP341, 1塊; 高頻計(jì)啟始符lt表2響應(yīng)幀格式Tab . 2For ma t of respon se fram e1罐的液位4位16進(jìn)制4位BCD 碼#n 罐的液位#結(jié)束符CR CR4位16進(jìn)制4位BCD 碼通過(guò)區(qū)分起始符, 判斷獲得的ASC II 碼是液位數(shù)據(jù)還是溫度數(shù)據(jù)。另外, PLC 定時(shí)發(fā)送液位和溫度查詢命令, 為了避免發(fā)送命令與接收數(shù)據(jù)之間沖突, 設(shè)定查詢周期6s, 確保有足夠的時(shí)間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。2. 2流量脈沖數(shù)據(jù)獲取數(shù)模塊F M35022, 1塊。液位儀表選用珠峰ZYG 2101電子智能光導(dǎo)液位計(jì)。PLC 通過(guò)CP341串行通信模塊

12、, 采用RS 2485總線協(xié)議方式讀取數(shù)據(jù)。質(zhì)量流量計(jì)選用太航LZ LB 28型質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量管道流量。P LC 通過(guò)F M35022高頻計(jì)數(shù)模塊以脈沖方式讀入, 與標(biāo)準(zhǔn)電流方式采集相比提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。2. 1PLC 與液位儀表的通信PLC 通過(guò)CP341按照約定的RS 2485串行通信協(xié)太航LZ LB 28型質(zhì)量流量計(jì)提供標(biāo)準(zhǔn)電流和脈沖輸出6, 為保證測(cè)量流量的準(zhǔn)確性, 采用流量脈沖的頻率和個(gè)數(shù)分別獲得管道質(zhì)量流量的瞬時(shí)值和累積值。由于脈沖頻率較高、范圍在010kHz 之間, 不易采用開(kāi)關(guān)量模塊計(jì)數(shù), 故采用專用計(jì)數(shù)模塊F M35022進(jìn)行頻率測(cè)量和脈沖計(jì)數(shù)。罐區(qū)入口和出口各裝有一臺(tái)LZ

13、 LB 28型質(zhì)量流量計(jì), 分別將其脈沖輸出信號(hào)線接至F M35022模塊, 其中入口流量計(jì)脈沖信號(hào)接0和1通道; 出口流量計(jì)脈沖接2和3通道。硬件組態(tài)F M35022使0和2通道工作于“頻率測(cè)量”模式以得到瞬時(shí)流量; 1和3通道工作于“循環(huán)計(jì)數(shù)”模式以得到累積流量。在“頻率測(cè)量”模式下, “時(shí)間窗”參數(shù)太大, 瞬時(shí)數(shù)據(jù)平穩(wěn)但“實(shí)時(shí)性”不強(qiáng); “時(shí)間窗”參數(shù)太小, 瞬時(shí)#議與珠峰ZYG 2101光導(dǎo)液位計(jì)通信, 獲取各油罐的液位和溫度。CP341通信處理器是Sie mens 公司提供的低成本高性能串行通信解決方案, 具有RS 2232(V . 24 、20mA(TTY 和RS 2422/RS2

14、485(X . 27 三種不同傳輸接口, 可以實(shí)現(xiàn)AS CII 碼、3964(R 和打印機(jī)驅(qū)動(dòng)三種通信協(xié)議。罐區(qū)裝有光導(dǎo)液位計(jì)ZYG 2101, 進(jìn)行罐內(nèi)油品液44PROCESS AUT OM AT I O N I NSTRU M ENTAT I O N Vol . 28No . 7July 2007油庫(kù)罐區(qū)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)葉彥斐, 等數(shù)據(jù)“實(shí)時(shí)性”強(qiáng)但數(shù)據(jù)波動(dòng)較大, 經(jīng)綜合考慮、調(diào)試, 設(shè)定頻率測(cè)量“時(shí)間窗”100m s 。另外, 質(zhì)量流量計(jì)中組態(tài)單位脈沖代表質(zhì)量流量的大小對(duì)計(jì)數(shù)精度影響較大, 若該值太大, 單位質(zhì)量對(duì)應(yīng)脈沖少或頻率值較低, 分度過(guò)大造成計(jì)數(shù)精度低; 該值過(guò)小, 單位

15、質(zhì)量對(duì)應(yīng)脈沖多或頻率高, 又可能丟失脈沖造成流量精度差, 經(jīng)綜合考慮、調(diào)試, 質(zhì)量流量計(jì)單位脈沖設(shè)定為20g, 正常工作頻率在3kHz 左右。2. 3泵、閥控制PLC 檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)泵、閥狀態(tài)、各油罐液位, 依據(jù)油庫(kù)要根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出油品的體積和質(zhì)量等相關(guān)數(shù)據(jù)。這就需要依據(jù)高精度的計(jì)量算法進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和處理, 并將運(yùn)算結(jié)果通過(guò)實(shí)時(shí)畫(huà)面、歷史曲線等方式生動(dòng)地表現(xiàn)出來(lái)。此外, 系統(tǒng)還有趨勢(shì)圖查詢、系統(tǒng)報(bào)警及用戶管理等功能。3. 3計(jì)量算法計(jì)量算法主要包括:罐容計(jì)算(高度到體積 、視標(biāo)準(zhǔn)密度轉(zhuǎn)換、溫度及壓力修正等算法。其中標(biāo)準(zhǔn)密度又是油品進(jìn)行其他相關(guān)后續(xù)運(yùn)算的基礎(chǔ), 精度關(guān)系整個(gè)計(jì)量算法精度。通常, 罐

16、容計(jì)算、溫度體積修正都有固定的算法; 而視密度到標(biāo)準(zhǔn)密度轉(zhuǎn)換要通過(guò)查表獲得, 對(duì)某種油品, 根據(jù)測(cè)得的溫度和視密度, 查石油計(jì)量表得到它的標(biāo)準(zhǔn)密度。由于查表存在較多的不便, 因此我們給出標(biāo)準(zhǔn)密、, 公式如下:20t +181t (t -20 -×t33工藝邏輯、發(fā)出信號(hào)有效控制泵、閥。如某罐處于進(jìn)油狀態(tài):入口閥開(kāi)、入口泵運(yùn)行, 同時(shí)不斷檢測(cè)油罐液位, 當(dāng)液位高于高限時(shí), PLC 自動(dòng)停泵、關(guān)閥。3監(jiān)控計(jì)量層監(jiān)控計(jì)量層采用iFix 組態(tài)軟件、依據(jù)精確的計(jì)量算法開(kāi)發(fā)而成, 包含兩臺(tái)互為備用的操作站。具有工藝流程監(jiān)控、資源數(shù)據(jù)監(jiān)督、數(shù)據(jù)計(jì)算、趨勢(shì)圖查詢、報(bào)警及用戶管理等功能。3. 1軟件結(jié)

17、構(gòu)(1時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)密度, kg/m; 2020t 為視密度,kg/m; t 為溫度, ; k 為修正系數(shù), 在020間根據(jù)需求, 圖2所示 。每5分段給出。實(shí)際測(cè)試表明, 通過(guò)該算法處理得到的結(jié)果與查石油計(jì)量表相比誤差小于萬(wàn)分之一, 從而保證了整個(gè)計(jì)量算法精度很高(精度小于萬(wàn)分之二 。4結(jié)束語(yǔ)該油庫(kù)罐區(qū)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)自投運(yùn)以來(lái), 監(jiān)控實(shí)時(shí)性、操作簡(jiǎn)便性、計(jì)量準(zhǔn)確性均大大提高。整個(gè)油庫(kù)罐區(qū)生產(chǎn)過(guò)程控制及時(shí)、有效, 減少了違反工藝流程的圖2軟件結(jié)構(gòu)圖Fig . 2Structure of s oft w are操作, 避免了信息誤報(bào)錯(cuò)報(bào), 提高了收、發(fā)、輸轉(zhuǎn)和存儲(chǔ)等作業(yè)效率。同時(shí), 生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)集中、

18、準(zhǔn)確、可靠, 為油庫(kù)操作人員操作甚至管理層指導(dǎo)生產(chǎn)提供了依據(jù)。該監(jiān)控系統(tǒng)的成功投運(yùn)對(duì)改善油庫(kù)罐區(qū)監(jiān)控現(xiàn)狀、提高作業(yè)效率起到了很重要的作用, 同時(shí), 對(duì)在類似監(jiān)控場(chǎng)合的應(yīng)用也有重要的借鑒意義。參考文獻(xiàn)1陽(yáng)憲惠. 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用M.北京:清華大學(xué)出版社,2001.2葉彥斐, 李訓(xùn)銘. 管塔焊接自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J .自動(dòng)3. 2功能實(shí)現(xiàn)3. 2. 1工藝流程監(jiān)控工藝流程圖展示罐區(qū)油品分布、工藝流向及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài), 管道里液體流向、溫度、壓力大小, 以及泵、閥的工作狀態(tài)等。此外, 通過(guò)工藝流程畫(huà)面還能按照工藝要求進(jìn)行有效控制。3. 2. 2資源數(shù)據(jù)監(jiān)督資源數(shù)據(jù)包括庫(kù)區(qū)單罐圖、巡檢圖及總體資源。單罐圖