CN101727097A - 石化码头生产调度自动化系统 - Google Patents

Abstract

石化码头生产调度自动化系统，由主控制机连接调度DLP大屏幕，通过CP5611通讯卡连接控制机柜内的PLC；PLC总线连接多个光纤链路模块，再通过通讯光缆连接控制分站；各控制分站连接码头现场自动化仪表、电动阀门、输油臂。控制分站的光纤盒连接光纤链路模块，再连接远程I/O及ET200M信号采集模块。用自控仪表、电动阀门、输油臂作为远传终端，通过工控组态采集码头分站的数据，以人性化的用户操作界面实时显现。实现电动阀门的远程控制、管线压力的连锁报警、输油臂状态信号的采集、主调对码头前沿操作的查缺补漏等。该系统，最大限度的发挥调度中心的安全指挥调度作用、提高码头日常作业效率，保障码头安全生产。

Description

石化码头生产调度自动化系统

技术领域

本发明属于码头生产自动化监控装置，特别涉及一种石化码头生产调度自动化系统。

背景技术

天津港石油化工码头有限公司主要从事散液装卸作业，包括六大类，40多个品种，年吞吐能力2000万吨。公司接卸货品种类多，面向库区多，工艺关键控制点多，且工艺操作复杂多变的特点，对生产指挥的安全性提出了更高的要求；同时根据油品装卸的安全保证要求及“质不混，量不失”的质量要求，以及避免因管线涨压给生产和安全带来的隐患，公司在经过充分调研和前期准备后，于2005年初开始建设生产自动化监控系统。

作为国家重要危险源点之一，安全是石油化工码头的首要问题，不同的货品，其理化性质千差万别，需要采取不同的安全防护措施，自动化监控系统成为防范于未然的重要手段。

系统建成后不仅改变了原有装卸生产和指挥模式，提高了集中和实时监控水平，而且大大地增强了作业可靠性，增加了数据可追溯性，特别是阀门的远程控制和工艺作业票的自动确认功能，从根本上杜绝了人为误操作所带来的不安全隐患，又减少了工艺流程变通中人工操作和确认环节，提高了工作效率。可以说同过去相比无论是从设备控制还是到设备管理都有了一定的提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种石化码头生产调度自动化系统。通过建立该系统主要解决以下几个问题：1.对码头现有管线(包括公司自有管线及库区在我码头区域内的管线)进行实时压力、温度等生产监控数据的采集和监测；2.实现码头管线阀门的调度室远程控制；3.运用计算机信息系统，实现每次作业的实时状态核对、操作和记录；4.对管线超压进行报警。

本发明的技术方案是：

一种石化码头生产调度自动化系统，其特征在于：由主控制机连接调度DLP大屏幕并通过CP5611通讯卡连接控制机柜内的PLC；控制机柜内的PLC通过Profibus总线连接多个OLM光纤链路模块，各光纤链路模块通过通讯光缆连接控制分站；各控制分站连接码头泊位的现场自动化仪表、电动阀门、输油臂。

根据权利要求1所述的石化码头生产调度自动化系统，其特征在于：控制分站有光纤盒，光纤盒连接OLM光纤链路模块，光纤链路模块连接远程I/O即ET200M信号采集模块。

本发明效果是：

天津港这个石化码头生产调度自动化系统采用工业自控温度、压力仪表，电动阀门，输油臂作为远传终端，设计采用分布式自动化防爆分站作为数据采集站点，通过工控组态软件来访问码头前沿自动化分站所采集到的数据，最终以人性化的用户操作界面实时显现。系统还可实现电动阀门的远程控制、管线压力的连锁报警、输油臂状态信号的采集、主调对码头前沿操作的查缺补漏等。通过该系统，最大限度的发挥调度中心的安全指挥调度作用、提高码头日常作业的效率，为码头安全生产提供一道强有力的安全保障。

生产自动化监控系统包括自控仪表、电动阀门、输油臂、控制装置、数字通讯系统、工控组态软件、用户操作界面等。集成了仪表、自动化控制、数字通信、计算机和防爆等专业技术，实现了电动阀门的远程控制、管线压力的连锁报警、装卸工艺自动选择与确认、历史记录的存储与统计等功能，最终达到对生产作业的实时在线监控，提高石化作业安全保障和作业效率。

系统建立可监测到管线涨压、库区擅自顶线作业情况，通过及时采取相应措施，可防止了管线泄漏事故的发生，保障了石化码头生产安全及设备财产不受损失。该系统为石化码头生产作业安全提供了有力的保障，可靠地降低了管线涨压泄漏事故的发生，避免了油品泄漏带来的环境污染，并可实现数据可追溯性、缩短辅助作业时间提高生产效率。

本石化码头自动化监控系统的特点：

高可靠性：对于化工工业企业最基本的要求是高可靠性，一旦系统出现故障，将造成控制系统的混乱，造成生产数据不连续，有时还影响其它系统的正常工作，给企业带来不必要的麻烦。因此，我公司系统设计时，首先建议选用高性能的工业控制计算机，保证在工业环境中安全运行；其次是设计可靠的控制方案，并具备各种安全保护措施。对于较大规模的控制系统，设计时注意功能的分散，保证各自功能独立，不受干扰。

操作性好：操作性能好包括两个方面的含义，即使用方便和维护容易，首先是使用方便，设计时我公司考虑到用户的操作方便问题，并且尽量降低对使用人员的专业知识要求，使操作员能够在较短的时间内熟悉和掌握操作，其次是维修容易，即一旦出现故障易于排除。

实时性强：我公司工业控制工程强调实时性要求，表现为对内部和外部事件的分辩和响应能力，并作出响应的处理，不丢失数据，不延时操作。

通用性好：系统具有极大的可扩展性。对于石化码头改建和扩建项目可能比较频繁，我公司设计时考虑到自动化系统能够随时增减系统内容，满足不同时期自动化的需要。

经济效益高：现代企业追求高性价比，强调系统实用型，我公司将根据要求和我公司工程实践经验来选择系统配置，最大限度的节省费用。

附图说明

图1是石化码头生产调度自动化系统的总结构框图

图2是石化码头生产调度自动化系统的控制分站结构框图

图3是石化码头生产调度自动化系统的信号采集和网络传输流程图

图4是罗德克阀门远程控制回路的结构示意图

图5是罗德克阀门状态信号回路的结构示意图

图6是百利二通电动阀远程控制回路的结构示意图

具体实施方式

如图1所示的一种石化码头生产调度自动化系统，由主控制机连接调度DLP大屏幕并通过CP5611通讯卡连接控制机柜内的PLC；控制机柜内的PLC通过Profibus总线连接多个OLM光纤链路模块，各光纤链路模块通过通讯光缆连接控制分站；各控制分站连接码头泊位的现场自动化仪表、电动阀门、输油臂。

如图2所示的控制分站有光纤盒，光纤盒连接OLM光纤链路模块，光纤链路模块连接远程I/O即ET200M信号采集模块。

本石化码头生产调度自动化系统具体的技术方案为：

1现场共安装7个防爆的控制分站，涵盖了5个泊位及2个油品分配站；在站与站之间敷设光纤构建成Profibus环网，提高了系统通讯的可靠等级；

2现场工艺管线上安装了压力变送器和温度变送器，用于实时采集压力、温度数据；

3现场工艺管线上的110多台重点阀门全部安装了进口ROTORK电动执行机构，所有电动阀门全部实现调度室的中控功能；

4采集电动阀门的开关状态，远控/就地操作方式转换状态，阀门报警、故障综合报警等信号。其中远控/就地操作方式转换状态，阀门报警、故障综合报警等信号为新增功能，可用于监测人为误操作，并可根据采集到的分类故障信号，及时采取应对措施，缩短了查找问题的时间，也为故障的及时处理提供了可能。

5运用iFix组态软件，绘制录入码头概貌图，各泊位及分配站分图，同时按货类进行分类，如汽油系统、柴油系统、原油系统等，绘制出系统作业票，解决了同一货类同一库区因工艺不同需要绘制多张作业票的问题，也避免了工艺作业票组态更新滞后于生产使用的现状；

6添加系统功能，主要包括报警及记录存储(时间、类型)，阀门开闭记录(时间、操作人员)，温度、压力历史记录及曲线，数据备份及报表打印，系统锁定等。

7系统能够区分显示作业与非作业状态的管线；

8设定温度、压力等作业控制参数的正常使用范围和报警极限值，具备超压、超温分级报警功能。

9实现了工艺作业票“一键式”逻辑控制，将各种作业方案的条件组合程序化，形成条件可选项并组合，由程序选择最佳作业方案。设置阀门开/闭的条件设置，以提示调度相关操作结果。增加作业过程巡查点组态图，图中各点应编号，有状态提示(正常/非正常)及记录功能。

本石化码头生产调度自动化系统也称调度生产指挥与作业管线安全监控自动化系统采用的是目前自动化控制领域非常流行也是非常主流的SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。其以分散控制为系统组态的主导设计思想恰好适用于我公司泊位分散，泊位之间距离较远的特点，故这也是我公司系统采用SCADA控制系统的主要原因。因我公司的自动化系统主要功能是监测现场管线压力、温度，采集输油臂状态信号，并实现电动阀门的调度室远程控制，主要是点对点的数据通讯，故选用SCADA系统能够很好的实现这种功能，且具有很好的系统扩展性。该自动化项目按照SCADA控制系统标准进行设计；同时考虑化工企业自身特点，按防爆要求设计、选型。软件选用的是GE公司的iFix4.0中文版的组态软件，具有使用广泛、技术成熟的优点。

设计依据：

GB3836.1-83爆炸性环境用防爆电气设备通用要求

HG20507-92自动化仪表选型规定

SY/TO090-96油气田及管道仪表控制系统设计规范

HG/T20573-95分散型控制系统工程设计规定

本石化码头生产调度自动化系统技术说明：

本系统构成图如1所示：

对于码头现状，我们采用分布式系统结构，在每个码头设置一台防爆的控制分站，将码头所用的自动化仪表信号接入控制分站，现场压力、温度、阀门等信号在控制分站进行信号处理，变成数字信号，再通过OLM模块进行光电转换，数据通过光纤上传调度室主控站。同样通过OLM进行反向转换，将信号还原为Profibus现场总线控制计算机采集数据信号，存储并还原为现场工艺图，再显示在调度大屏幕上，另外采用光缆解决了远距离传输问题，同时光纤信号不易受干扰，可靠性强。

控制分站设备描述

本次系统共设立七个隔爆控制分站，每台分站由电源通讯接线箱和数据采集接线箱和防护柜体组成，接线箱装在防护柜内。防护柜体尺寸为1800x1050x550，外观大方，不怕海风或化工品腐蚀。

控制分站设备安装如图2所示：

电源通讯接线箱内主要有光纤盒，OLM光纤链路模块和控制电源等设备，各部分作用：

光纤盒的作用是固定尾纤，尾纤很细，如果不小心拉动用力过大，或者弯曲半径小于20时，尾纤容易被拉断，因而尾纤镕接好以后，按顺序盘绕在光纤盒，保证其不被频繁的拉动。

OLM光纤链路模块的作用是将工业Profibus现场总线信号转换为光信号，增加传输距离，保证传输质量。

控制电源为控制系统供电，输入AC220V/0.7A，输出DC24V/6A，它主要为OLM光纤链路模块、外部仪表和采集模块提供电源。

数据采集接线箱主要有数据采集模块和接线端子，各部分作用：

采集模块包含ET200M模块和I/O功能模块，主模块含有高速CPU、数据存储器和通讯单元，主要完成数据运算、通讯控制和数据存储。功能模块按照各自的设计功能，完成不同类型数据量的采集。我们用AI采集模块(SM331)采集温度、压力信号；于百利二通的电动阀，其阀门具有开度输出，我们也用AI采集模块采集阀门开度信号；于罗德克的电动阀，其阀门具有开关输出，我们用DI采集模块(SM321)采集到阀门状态信号。对于输油臂我们同样DI采集模块采集其报警输出。对于阀门控制输出和超限报警输出我们采用DO控制模块(SM322)；另外采集模块还有的重要功能是接口功能，将外部信号抗干扰处理，转换为适合集成电路采集的弱电信号，功能内部采集，同时采集模块上还有保护功能，当外部电路输入不正常时，保护内部电路不被烧毁。

接线端子为外部和内部接线起到连接的作用，方便维护，可靠连接。

调度室控制机柜设备描述：如图2、3所示

调度室控制机柜设备包括光纤盒、OLM光纤链路模块、通讯模块IM153和控制电源，这里的OLM光纤链路模块的作用和控制分站的OLM光纤链路模块作用相反，它将光信号转化为Profibus现场总线通讯信号。

通讯模块IM153功能是将Profibus现场总线信号转换为RS232信号，因为RS232为计算机标准信号，计算机可以直接采集该接口数据。

调度室监控机设备描述

调度室设一台数据监控机，监控机实时分析、显示五个码头和两个分配站各种仪表数据。并按照现场工艺管线实时作业情况将数据显示在对应的位置，同时显示在调度室DLP大屏上。

调度室监控机调度软件描述

调度系统软件是实现自动化控制和管理的核心内容，好的控制软件能够实时反映码头现场信息，准确反映码头作业数据，同时为正确企业决策提供第一手资料，也为码头安全加上一把锁；网络化软件系统，更高一筹，使得管理者无论身在何处，都可以及时了解库区运行情况。网络化管理已经成为现代化企业发展的必由之路。

石化码头自动化系统软件，参照我公司以前工程和码头作业需要特点，软件设计说明(简述)如下：

码头监控软件，基本功能是提供数据采集，报警指示，报警记录，打印生产报表，并为生产操作员提供操作界面。通过终端人机界面的显示屏幕能够显示所要求的工艺参数值以及工艺设备的功能。多画面动态模拟显示生产流程及主要设备运行状态。并能修改工艺参数的设定点和参数值。

对过程控制中出现的任何非正常的状况，系统将通过声光报警的方式通知操作员。报警信息将通过报警打印机打印出来，也在屏幕上显示，同时在系统中存档为将来查询用。系统在的底端自动显示报警发生的时间，报警值的大小，以及对该报警状况的描述。系统能够将多级报警按优先级排序。

在设备的操作过程中，系统能够恢复保存的数据，并将数据转换成任意格式的产品报表提供给操作员。这些报表根据要求可以作成周期性的报表，如日报表，月报表，年报表等等。

信号采集和网络传输说明

这里我们说明仪表信号是怎样从传感器传到调度室监控计算机的过程，方便大家了解系统机构。

如图3所示的信号流程图

信号流程说明：我们目前采用的现场仪表输出为直流4～20mA的标准信号，即就是仪表的测量范围被对应为线性的4～20mA信号，当仪表测量为零时，变送器输出4mA；仪表测量为半量程时，变送器输出12mA；仪表测量为满量程时，变送器输出20mA；采集模块首先对外部送来信号进行抗干扰处理，然后将电流信号转化为电压信号，驱动、放大，再由内部A/D转换器将信号采集变成数字信号存储在主模块的数据区，如果监控系统需要该数据时，主模块通过通讯电缆(Profibus现场总线方式)传给光纤猫，OLM光纤链路模块将数据通过光缆将信号传到调度室的OLM光纤链路模块上，调度室的OLM光纤链路模块则将该信号还原为Profibus现场总线通讯方式的数据信号传给通讯模块IM153，通讯模块IM153将该信号转化为RS232通讯方式的数据信号，该信号可直接被计算机接收，存储在计算机内存中，计算机再按照设定的程序将其还原为压力或者其它仪表数字，反映在计算机屏幕上，并存在计算机硬盘中。同时在输出的计算机数据信号(VGA)上加入屏幕分配器，多输出一路VGA信号，传给显示大屏幕，最终完成信号传输过程。

以上是模拟信号的信号流程，对于开关量信号输入(例如阀位信号)，除所用的功能采集模块不同外，传输过程是相同的。

通讯网络说明

刚才我们说明了某一路现场仪表信号传输到调度室的情形，但系统是怎样把大量的现场仪表信号传递上来的呢，如果我们把光纤部分看作传信过程，大屏为显示设备，再去除现场仪表，系统可以简化为以下工业Profibus现场总线网络结构

总的说来控制机读取分站数据采用问答式，当控制机需要1#站的第1个模块数据时，控制机下发要求1#站的第1个模块数据，由于七个站并联在系统总线上，所以7个站都接受到了这个命令，但接受命令后其它六个站判断出不是对自己的命令，继续帧听网络，不回复数据，只有第一个站判断出是向自己问话，第一个站立刻从内存中取出第1个模块数据，立即向总线上发送数据。此时网络上的所有设备，包括控制机和其他六个分站都接收到一号站发来的数据，控制机听到第一个站发来的数据后，立即将该数据按格式存储在对应的内存中，完成一次数据访问，而其他六个分站则对该数据不做反映。同理访问完1#站的第1个模块后，接着访问1#站的第2个模块，等等，访问完1#站后，可接着访问2#站，3#站，4#站等等，完成所有模块后，再从1#站的第1个模块起，循环访问。

对于阀门远程控制的说明

目前我们使用了两家公司的电动阀，罗德克的阀门和百利二通的阀门，下面对这两种阀门的远程控制形式做相应的说明：如图5、6所示的。

罗德克阀门，远程控制采用内部DC24V控制，其有5#端子输出控制电压，33#端子为关阀控制端子，35#端子为开阀控制端子，当5#端子和33#端子连通后(如通过外部继电器触点)，内部关阀控制继电器动作，关阀控制开始，如果5#端子和33#端子断开连通，内部关阀控制继电器断开，则关阀立即停止；当5#端子和35#端子连通后(如通过外部继电器触点)，内部开阀控制继电器动作，开阀控制开始，如果5#端子和35#端子断开连通，内部关开控制继电器断开，则开阀立即停止；34#端子为自锁控制端子，当自锁控制端子和35#端子接通，则一旦开启或关闭阀门，阀门必须到全开或全关才能提笔停止动作，我们远程控制不采用自锁形式，详细参看罗德克电动阀说明书。

罗德克阀门，远程状态信号采用分站提供的DC24V作为电源，阀门到位后，内部继电器动作，触点闭合，DC24V被传回分站采集，通过光电耦合进入内部。

对于百利二通电动阀和罗德克阀控制形式雷同，但百利二通电动阀远程控制采用AC220V控制，而控制分站设计为DC24V控制，解决办法是加入中间继电器变换控制电压，实现方便。如图6所示。

百利二通电动阀阀位信号是采用4～20mA信号传输，传输简单，方便直观，但信号不是很准确，使用长时间后需要调校。

上面是原油分配站百利二通电动阀接线原理图，对于南四泊位的两台百利二通电动阀，在电路图内部接线端子不同，这点应在维护中注意。

对于以上说明，可查阅自动化系统安装电气接线图和设备资料。

Claims (2)

1.一种石化码头生产调度自动化系统，其特征在于：由主控制机连接调度DLP大屏幕并通过CP5611通讯卡连接控制机柜内的PLC；控制机柜内的PLC通过Profibus总线连接多个OLM光纤链路模块，各光纤链路模块通过通讯光缆连接控制分站；各控制分站连接码头泊位的现场自动化仪表、电动阀门、输油臂。

2.根据权利要求1所述的石化码头生产调度自动化系统，其特征在于：控制分站有光纤盒，光纤盒连接OLM光纤链路模块，光纤链路模块连接远程I/O即ET200M信号采集模块。

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