油库储运自动化监控系统.docx
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1、油料库储运自动化监测系统技术方案兰州陇润伟业科技二零零九年三月目录1.设计原那么-1-2 .概述-4-3 .系统总体结构-4-4 .一次仪表及执行机构与系统的通讯链接-7-5 .PLC系统的设计-8-6 .罐区主站系统的设计-14-7 .罐区监控系统的功能设计-19-8 .油料收发业务管理的网上操作功能-23-9 .油料管理信息浏览-35-10 .系统平安机制的实现-36-IL系统维护功能-36-12 .视频监控局部-37-1 .设计原那么油库储油罐区是油料保障的重要储存基地,具有分布空间范围广、平安防爆要求高、监控点多、布线复杂,自动化系统的水平和垂直集成难度大的特点。围绕储油罐区自动监测、
2、计量和管理,采用先进测控与管理技术,设计储油罐区监测控制与数据采集系统,改善油罐测量劳动强度大、作业环境差、管理手段落后的现状,已成为目前油库自动化建设的一项重要内容。实时、准确、可靠、经济地采集点多面广的储油罐监控信息,实现大范围的数据共享;基于多参数实时数据,进行智能分析、处理,进一步提高计量精度;基于监控信息及数据,进行储油罐区油料平衡分析,提高储油罐区平安管理的智能化水平等。本工程方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约本钱的原那么。并综合考虑施工、维护及操作因素,并将为今后的开展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的;设计方案具有科学性、合理性
3、可操作性。其具有以下原那么:1.1 先进性与适用性系统的技术性能和质量指标应到达国内先进水平;同时,系统的安装调试、软件编程和操作使用又应简便易行,容易掌握,适合中国国情和本工程的特点。该系统集国际上众多先进技术于一身,表达了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新开展水平,适应时代开展的要求。同时系统是面向各种管理层次使用的系统,其功能的配置以能给用户提供舒适、平安、方便、快捷为准那么,其操作应简便易学。1.2经济性与实用性充分考虑用户实际需要和信息技术开展趋势,根据用户现场环境,设计选用功能和适合现场情况、符合用户要求的系统配置方案,通过严密、有机的组合,实现最正确的性能价格比,以便节约
4、工程投资,同时保证系统功能实施的需求,经济实用。1. 3可靠性与平安性系统的设计应具有较高的可靠性,在系统故障或事故造成中断后,能确保数据的准确性、完整性和一致性,并具备迅速恢复的功能,同时系统具有一整套完成的系统管理策略,可以保证系统的运行平安。1.4开放性以现有成熟的产品为对象设计,同时还考虑到周边信息通信环境的现状和技术的开展趋势,可以消防、防盗、聚光系统实现联动,具有网络通讯接口,可实现远程控制。1. 5可扩充性系统设计中考虑到今后技术的开展和使用的需要,具有更新、扩充和升级的可能。并根据今后该工程工程的实际要求扩展系统功能,同时,本方案在设计中留有冗余,以满足今后的开展要求。2. 6
5、追求最优化的系统设备配置在满足用户对功能、质量、性能、价格和效劳等各方面要求的前提下,追求最优化的系统设备配置,以尽量降低系统造价。1.7保存足够的扩展容量该工程设备的控制容量上保存一定的余地,以便在系统中改造新的控制点;系统中还保存与其他计算机或自动化系统连接的接口;也尽量考虑未来科学的开展和新技术的应用。2.概述油库一般由储油罐、油泵房、值班室等建筑物组成;根据要求,本系统主要实现以下目标:3. 1实现对储油罐的液位、温度、压力等数据的全方位实时监测及HlMS储油罐数据处理功能;2. 2罐区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油料发放实行远程联动控制操作;2.3
6、实现罐区油料收发业务管理的网上作业,并与监控效劳器组成罐区油库综合管理系统局域网;2. 4建筑罐区电视监控系统;2. 5在软硬件系统的配置和设计上,为将来系统扩展以及今后的技术改造预留接口。3 .系统总体结构本工程在系统结构设计上,采用符合工业设计标准要求的设备层、控制层和信息层的分层结构模式,同时,在信息层采用双效劳器构架模式,使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效劳器相连,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CIUPeime进行集中数据采集,然
7、后将采集的储油罐工况数据送PLC和CIUPlusoCIUPrime可以同时扫描监测所有油罐,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罐区监测效劳器进行数据存储和处理。对于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,负责对泵房设备和管道设备的实时监测控制,同时,CIUPrime通过MODBUS通讯接口将平安报警信号传送给PLC,由PLC进行实时报警处理,并为今后平安联锁机制预留接口。此外,在控制层中,配置荷兰Enraf公司的ClUPIUS负责接收从ClUPri
8、me传送过来的储油罐实时数据,进行HlMS计算后,向信息层转发油罐油位、平均温度、标准体积、质量等数据。控制层对下面每一台监控设备相连,对上面通过DH+与监控效劳器相连,形成罐区的实时控制网。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网,罐区实时监控系统作为该主网下的一个子网,系统的功能支点立足于油料信息管理MIS局部,而实时监控局部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,以信息管理效劳器为核心,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。监控中心平台采用以效劳器为中心的分布式操作工作站的
9、形式(DistributedMonitorSystem),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效劳器上,由效劳器统一储存管理。图1系统框架图图1系统框架图监控系统在罐区设有操作工作站:罐区监控工作站承当对儿座储油罐和对泵房离心泵的实时监测和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罐区的储油罐、泵房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,掌握正在进行油料收发操作油路的路径走向和运行状况。油库的报警系统直接由监控效劳器控制,当发生重要紧急报警。
10、效劳器将通过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。罐区信息管理效劳器承当罐区油料收、发、存三个环节的管理职能,采用以效劳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,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、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、罐区信息查询统计、报表打印等都通过该效劳器实现网上操作。同时,罐区管理效劳器作为整个油库主网上的一个网
11、络节点,承当着与油库计算机中心主效劳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罐区油料共享信息Web页的功能。由网络效劳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CIient/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。而且效劳器所具有的海量数据存储能力,使得油库数据异机平安备份成为可能。4 .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
12、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,原那么上伺服式液位仪能直接向PLC传送液位信号。但是,本工程同时选用了Enraf公司为854ATG配套提供的CnJ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
13、储油罐上设置压力变送器以及单点温度测量PtlOo等现场仪表,经过EnrafCIUPlUS的组合数据运算和处理,实现了储油罐的HlMS计量统计,并通过总线方式直接送到控制室。泵房油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平安隔离区域,因此PLC柜将不安装在储油罐区域和油料泵房现场,而是安装在罐区控制室中。所有进入储油罐区域和泵房的信号线均带平安隔离。5 .PLC系统的设计5.1 PLC系统功能储油罐平安报警处理:储油罐报警是罐区优先级别最高、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一(单机报警方式)
14、越限报警: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直接触发罐区控制室和油料仓库值班室的警铃一(区域报警方式);紧急报警:除了罐区区域报警外,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一(播送报警方式)。Enraf公司配套提供的CIUPrime作为集约化油罐数据采集装置,在采集储油罐工况数据的同时,也提供报警状态信号。但是,CIUPrime并不对报警状态作出处理。正是鉴于油库平安报警机制的至关重要性,以及今后对储油罐平安联动控制的要求,罐区所有的报警(包括CIUPrime发出的储油罐报警信号)全部送
15、PLC进行实时处理,以确保罐区报警系统的分级控制机制的可靠实施。表1每座储油罐的报警信号:序号报警名称信号类型工程实时处理要求1液位上线报警数字量向监控效劳器发出液位上限报警信号。2液位上上线报警数字量向监控效劳器发出液位上上限报警信号。触发泵房、罐区控制室、油库总值班室警铃。3液位下限报警数字量向监控效劳器发出液位下限报警信号。4液位下下限报警数字量向监控效劳器发出液位下下限报警信号。触发泵房、罐区控制室、油库总值班室警铃。5温度上限报警数字量向监控效劳器发出温度上限报警信号。6压力上限报警数字量向监控效劳器发出压力上限报警信号。压力上限报警7压力上上限报警数字量向监控效劳器发出压力上上限报
16、警信号。触发泵房、罐区控制室、油库总值班室警铃。8温度上上限报警数字量向监控效劳器发出温度上上限报警信号。触发泵房、罐区控制室、油库总值班室警铃。3分钟没有解除报警,即触发油库消防大报警。9平安紧急报警数字量压力、温度同时上上限报警即为平安紧急报警。除向监控效劳器发出平安紧急报警信号,并触发泵房、罐区控制室、油库总值班室警铃外,立即触发油库消防大报警。鉴于油库上限和下下限报警信号的严肃性,特别是平安紧急报警的严重性,PLC对上限和下限报警信号实行严格的信号判别机制,上限和下限报警信号连续读取三次有效方为有效,严格防止误信号的发生。储油罐的平安联锁控制功能是本系统下一步需要扩展的内容,因此,本工
17、程的PLC程序采用框架结构化形式和嵌入式程序结构模块设计,一旦系统需要扩展平安联锁控制功能,只要将平安联锁控制程序模块嵌入框架结构中,便可实现系统的联锁控制。泵房监测和控制:PLC对泵房离心泵的监测,突出实时性和可靠性。每台离心油泵的电流和出口压力,通过电流变送器和压力变送器送入PLC的模拟量输入模块,油泵电机的开停状态从油泵电气控制柜中引出信号,接入PLC的开关量输入模块。PLC通过对油泵电机电流的数据处理,判定油泵处于运行还是停止状态,当电机电流大于上限或上上限时,PLC置电机电流越上限或上上限报警位,当电流上升变化率大于设定的限值时,PLC置油泵故障报警位。当输入电信号小于4mA或大于2
18、0mA,置电流变送器故障位。压力变送器的压力信号同样接到PLC模拟量输入模块,除了对压力上限和上上限进行报警监视外,对油泵出口压力的上升和下降的变化率也监视,当压力变化率大于着定值时,PLC置压力突变报警位。当压力变送器输入电信号小于4mA或大于20mA,置压力变送器故障位。工程将对泵房的油泵实施遥控操作,对油泵的遥控操作通过PLC的开关量输出模块驱动,PLC输出模块的控制信号线通过油泵电气柜的继电器,向油泵电机下达启动和停止的控制信号。油泵开停作为重要的遥控操作,必须具有连锁保护措施。油泵开停的连锁保护主要是出口压力的连锁保护,当油泵出口压力大于设定值时,油泵不允许启动,如果油泵正在运行的应
19、当自动停止运行。表2每台离心油泵的输入/输出信号:序号信号名称信号类型信号性质工程实时处理要求1油泵运行/停止数字量输入向上位机实时发送状态信息2电机电流模拟量输入向上位机实时发送电流信息3油泵出口压力模拟量输入向上位机实时发送出口压力信息4油泵启动数字量输出油泵启动输出端位置5油泵停止数字量输出油泵停止输出端位置6电流报警数字量内部向上位机实时发送报警信息7电流变送器故障数字量内部向上位机实时发送故障信息8压力报警数字量内部向上位机实时发送报警信息9压力变送器故障数字量内部向上位机实时发送故障信息泵房的联动控制:油料收发工作站作为罐区监控效劳器的一个操作工作站,承当对泵房的出口油泵的联动控制
20、任务,这种联动控制操作实际上是通过罐区监控效劳器实现的,油料收发工作站只是起到操作台的作用。当油料收发工作站对一批油料发放作业票的票号进行验证核对完毕后,便进入油料发放操作:首先,工作站按照作业票确定油料发放口,并初始化该发放口的油料计量单元,现场油管接驳完毕后,指令定量控制仪开始油料发放控制作业,准备就绪后,系统便遥控泵房对应的油泵(汽油或柴油)启动输油,工作站同时进行计量监测,当计量到达余量值后,系统自动遥控泵房的油泵停止运行,油料码头油料发放口仍然发油,直至计量到值,定量控制仪关闭发油口。发油作业完成后,工作站自动汇总本发油操作的数据,发送到监控效劳器油料收发数据库。5.2PLC实时控制
21、网的网络通讯PLC与泵房的现场信号采用I/O硬接线方式,各油泵的变送器输出信号和电气柜的输入输出信号通过电缆接到继电器柜,然后由继电器柜接到PLC柜的端子上,考虑到油库的平安要求,在PLC柜内安装隔离栅,将PLC与现场进线完全隔离。油罐区与PLC的连接通过Enraf公司的ClUPrime接口装置实现。由于ClUPrime输出MODBUS协议信号,因此,在该PLC组件中选用ProSoft公司的3150-MCMModbus模块进行信号转接。PLC与监控效劳器之间通过ControlNet实时工业控制网相连,进行实时工况数据交换。5. 3PLC配置本系统PLC选用美国Rockwell公司A-B品牌系列
22、控制器,其中处理器模块选用ControlLogix5550,输入模块用其1756-IB16,输出模块用其1756-0BI6。该系列PLC模块供电电源要求:20240VAC;处理器平均扫描时间:8msK,噪声抑制:NEMA标准ICS2-230工作温度:0-60;存储温度:-40-85;相对湿度:5-95%;抗振动:位移5-57Hz,峰一峰0.015in,加速度:57-2000Hz,2.5g;抗冲击:30go该产品经以下标准认证:UL508标准、CSAC22.2No.142标准中的C-UL、第1级第2节第A、B、C、D组危险环境等级标准(ULI604标准,CSAC22.2No.213中的OUL标准
23、其技术指标和平安指标符合油库控制要求。6,罐区主站系统的设计5.1 监控主站结构罐区监控主站采用以网络为根底的全Client/Server方式。主站系统以监控效劳器为中心,100BaseT24口HUB作为油库局域网的节点设备,向上通过预设的光缆与油库和油料仓库的计算机系统相连,向下与监控操作工作站、网络打印机等工作站相连,形成完整的罐区监控主站局部网络。本方案的系统主站结构中,各监测点上报的实时工况信息通过RS485或者ControlNet等网络进入监控效劳器,依托监控效劳器强大的实时数据处理能力和系统平安特性,形成罐区监控系统数据仓库以及监控操作和数据交互的枢纽。值班员对罐区的操作控制是
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