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摘 要针对储油站管控的新要求进行油罐计算机监控系统的总体方案设计,并阐述系统原理和功能、网络结构、中央监控单元、分散控制单元和软件方案的设计。最后对于本系统可能出现的问题进行分析并提出解决办法。
关键词油罐监控;系统设计;解决方案;PLC
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)102-0096-01
1储油站管控要求
1)罐内液位、温度、压力监测的要求。①选择合理的液位测量方法,既能保证测量精度(±3mm±3ram)又能节约成本。储油站的作用主要是储存各作业区来油,同时兼具输油功能每个油罐都要求液位监测,在液位低于50cm时下限报警,在液位高于11m时上限报警。②为便于输油,油罐上装有通气阀使罐内外气压一致。为此需要对罐内的相对压力相对与大气的压力进行监测,在相对压力超出-20~+20Pa范围时给出报警并发出检查通气阀的提示。
2)喷淋降温、输油、火警灭火等子系统的要求。①喷淋降温系统要在罐体温度报警时及时响应,并在温度降到喷淋水的温度时系统自动停止工作。喷淋降温系统要由手动和自动两种操作方式,从节约用水的角度考虑要求手动的优先级要优于自动,并且当喷淋蓄水池的水位过低时要给出蓄水的提示。②在向输油管线输油时时,要根据油管上的流量计显示并记录输油量,在液位达到50cm时下限报警并停止抽油泵的工作,在达到上限11m时启动多台泵工作,切换进罐流程,并通过网络读取IPC发油量的记录。③当有火警时灭火装置不经控制立即工作,火警解除后要有记录。
3)对日常报表的要求。油库的办公管理是以繁琐的报表形式展开的,主要有进出人员记录表、液位温度压力抽检表、输油泵输油记录表、月季度、年度储油统计报表、月季度、年度出油统计报表、报警记录表等。所有报表都可由网络传于上级部门。
2系统总体方案设计
液位监控系統,通过油罐内状态液位、温度、压力监测、喷淋降温、输油、故障报警、火警灭火等子系统,来实现和满足油库管理控制的要求。油罐内状态监测系统,是整个液位监控系统的核心子系统,主要的目的在于实时监测液位的高低并对上、下限进行报警等。液位测量方法及液位敏感元件的选取直接影响整个监控系统的性能和成本。近年来,由于计算机、光纤、超声波、雷达、变送器等高新技术不断的涌现,液位监测已进入多功能、高精度的新阶段。根据所选液位敏感元件的不同,液位测量的方法主要分为直接测量和间接测量方法。基于储油站的液位测量精度和经济性要求的考虑,并借鉴公司静压式计量系统成功的经验,油罐监控系统的液位测量方法采用静压式测量方法,敏感元件采用IC-143l型硅压阻式压力传感器。
喷淋降温、输油、火警灭火等子系统是围绕着油罐内状态监测系统展开的。是油罐监控系统的中央监控单元,与通讯,通过的数字、模拟量的输入输出来监控各子系统。
1)系统工作原理。IPC-PLC/IM分布式控制系统是将IP-PLC/IM这几种现场控制装置的优点结合起来,应用到工业自动控制中去的一种分布式控制系统。它是以IPC作为工业通讯网络中的中央监控单元,并与企业局域网连接以PLC/IM作为位于各站点的分散控制单元,管理和控制各子系统的设备IPC-PLC/IM采用现场总线连接,构架树状网络结构图。
IPC-PLC/IM分布式控制系统工作原理是IPC既作为监控系统的根节点,负责整个监控系统的信息管理同时,又作为储油站信息网络中的一个节点,从信息网中提取信息,并提供监控系统的工作信息和数据的共享,供储油站用户使用PLC/IM作为分散于各子系统监控单元,负责控制现场设备的动作,监视现场设备的工作情况是否正常,并采集各种传感器的模拟输出信号,转化为数字信号,上报IPC。
油罐监控系统由于是基于IPC-PLC/IM分布式控制系统的,因此系统原理与之基本相同。以作为油罐监控系统的中央监控单元,负责管理控制各子系统分散监控单元,并将所有的现场设备的工作参数进行汇总和管理,生成报表。中央监控单元与储油站局域网互联,共享局域网内信息。
2)系统网络结构。在IPC-PLC/IM分散控制系统中,现场总线的应用为IPC和PLC/IM的沟通提供了一个全数字化的、双向的、多节点的通讯链接。与原有DCS比较,采用现场总线使得传输信号由传统的4-20mA模拟信号变成数字信号,提高了通讯的可靠性和抗干扰能力。DCS的本意是和控制分散,信息和管理集中,现场总线与传统的融合,将使此初衷更为完美。
在油罐监控系统中采用RS485现场总线是很好的选择。本系统的网络结构为总线型,传输介质为双绞线,中央监控单元通过接口卡接至RS485总线上,与总线上的分散控制单元构成一点对多点的通讯方式。中央监控单元IPC根据IM传送的液位、温度、压力数据,将管理控制指令经现场总线发给分散控制单元PLC,PLC采集到报警信号和流量计数脉冲信号通过A/D转换模块,将模拟量变成数字量经现场总线送至中央监控单元。
3)中央监控单元。油罐监控系统采用工业计算机作为中央监控单元。工业计算机是在原个人计算机基础上发展起来的新型工业控制装置,它既充分发挥了的技术优势,又利用工业级部件替换家用级部件,极大的提高了普通工作的稳定性和可靠性,能够很好地运用于工业生产自动化领域闭。目前IPC已经成为工业自动控制的标准设备,是实现生产自动化的最佳配套产品,它具有运算速度快、通用性强、结构紧凑、丰富的软件资源等优点。油罐监控系统采用的是现场总线,因此,在IPC中需要配置一块串行接口卡。
3需要考虑的问题和解决办法
设备的电磁干扰和电气控制柜中电源的电磁干扰,因此如何有效的抵抗这些干扰因素,保证数据传输的准确和设备工作的正常,是必须考虑并予以解决的问题。
1)电磁干扰问题。对于电磁的干扰问题,其危害主要在于:①对通讯设备和线路的影响,造成数据传输失败或传输错误数据,造成中央监控单元的误判断、误操作和误报警以及记录数据的错误,负面影响十分严重。如果无法克服这个影响,就无法保证控制指令和工作参数的准确传递,那么自动控制和数据管理就沦为空谈。②对继电器线圈的影响,造成继电器电气接点的误动作,则中央监控单元下达的控制指令就无法被正确执行,整个监控系统的工作就会陷入混乱,后果很严重。③对A/D输入信号线的影响,造成电流、电压等电气参数值错误,造成误报警和电量参数运算错误。针对这三个急需解决的问题,经过查资料和现场调研,制定了解决措施。针对电磁干扰造成的影响,抗干扰的解决办法主要是电气柜柜体可靠接地,PLC单独接地,地线与电源地线隔离,PLC/1M通讯线及A/D输入线采用屏蔽双绞线,且通讯线通过金属管道敷设,PLC输出点串接中间继电器,输入信号电缆和交流电源线分开,与PLC接线端子连接线的头部尽量平整,增大接触面。
2)接地问题。由于新疆地处干旱,地表干燥,尽管采取了接地措施,但还是经常发现信号错误的情况发生,分析可能是接地不良的原因,为了保证平稳运行我们将数字地和模拟地分开,因为数字电路属于正负5V、12V、24V级别的,很容易受干扰,而且一旦外部异常电压一旦串入将很大可能性的造成设备损坏,然后我们采取加深接地线的办法,用铜管将接地点位于地下2m左右的潮湿土壤,通过这样的措施,很好的解决了接地问题,系统运行平稳。
4结语
本文所述的油罐监控系统是一个集监测、控制、管理一体的分布式系统。该系统基于分层分布式结构,采用RS485现场总线和ETHERNET构成系统的通讯网络,以PLC/IM构成系统的底层控制站,完成生产过程的数据实时采集和过程控制是整个系统中最重要的单元, 整个系统实现了生产参数自动检测、自动控制,提高了油库管理控制的自动化水平。
参考文献
[1]祁耀斌,张勇东,童非.光纤液位计及其在油罐监控中的应用[J].国外建材科技,2004,25:2.
[2]田娥,莫易敏.储油罐计算机监控系统设计与实现[J].铁道技术监督,2006,34:2.
关键词油罐监控;系统设计;解决方案;PLC
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)102-0096-01
1储油站管控要求
1)罐内液位、温度、压力监测的要求。①选择合理的液位测量方法,既能保证测量精度(±3mm±3ram)又能节约成本。储油站的作用主要是储存各作业区来油,同时兼具输油功能每个油罐都要求液位监测,在液位低于50cm时下限报警,在液位高于11m时上限报警。②为便于输油,油罐上装有通气阀使罐内外气压一致。为此需要对罐内的相对压力相对与大气的压力进行监测,在相对压力超出-20~+20Pa范围时给出报警并发出检查通气阀的提示。
2)喷淋降温、输油、火警灭火等子系统的要求。①喷淋降温系统要在罐体温度报警时及时响应,并在温度降到喷淋水的温度时系统自动停止工作。喷淋降温系统要由手动和自动两种操作方式,从节约用水的角度考虑要求手动的优先级要优于自动,并且当喷淋蓄水池的水位过低时要给出蓄水的提示。②在向输油管线输油时时,要根据油管上的流量计显示并记录输油量,在液位达到50cm时下限报警并停止抽油泵的工作,在达到上限11m时启动多台泵工作,切换进罐流程,并通过网络读取IPC发油量的记录。③当有火警时灭火装置不经控制立即工作,火警解除后要有记录。
3)对日常报表的要求。油库的办公管理是以繁琐的报表形式展开的,主要有进出人员记录表、液位温度压力抽检表、输油泵输油记录表、月季度、年度储油统计报表、月季度、年度出油统计报表、报警记录表等。所有报表都可由网络传于上级部门。
2系统总体方案设计
液位监控系統,通过油罐内状态液位、温度、压力监测、喷淋降温、输油、故障报警、火警灭火等子系统,来实现和满足油库管理控制的要求。油罐内状态监测系统,是整个液位监控系统的核心子系统,主要的目的在于实时监测液位的高低并对上、下限进行报警等。液位测量方法及液位敏感元件的选取直接影响整个监控系统的性能和成本。近年来,由于计算机、光纤、超声波、雷达、变送器等高新技术不断的涌现,液位监测已进入多功能、高精度的新阶段。根据所选液位敏感元件的不同,液位测量的方法主要分为直接测量和间接测量方法。基于储油站的液位测量精度和经济性要求的考虑,并借鉴公司静压式计量系统成功的经验,油罐监控系统的液位测量方法采用静压式测量方法,敏感元件采用IC-143l型硅压阻式压力传感器。
喷淋降温、输油、火警灭火等子系统是围绕着油罐内状态监测系统展开的。是油罐监控系统的中央监控单元,与通讯,通过的数字、模拟量的输入输出来监控各子系统。
1)系统工作原理。IPC-PLC/IM分布式控制系统是将IP-PLC/IM这几种现场控制装置的优点结合起来,应用到工业自动控制中去的一种分布式控制系统。它是以IPC作为工业通讯网络中的中央监控单元,并与企业局域网连接以PLC/IM作为位于各站点的分散控制单元,管理和控制各子系统的设备IPC-PLC/IM采用现场总线连接,构架树状网络结构图。
IPC-PLC/IM分布式控制系统工作原理是IPC既作为监控系统的根节点,负责整个监控系统的信息管理同时,又作为储油站信息网络中的一个节点,从信息网中提取信息,并提供监控系统的工作信息和数据的共享,供储油站用户使用PLC/IM作为分散于各子系统监控单元,负责控制现场设备的动作,监视现场设备的工作情况是否正常,并采集各种传感器的模拟输出信号,转化为数字信号,上报IPC。
油罐监控系统由于是基于IPC-PLC/IM分布式控制系统的,因此系统原理与之基本相同。以作为油罐监控系统的中央监控单元,负责管理控制各子系统分散监控单元,并将所有的现场设备的工作参数进行汇总和管理,生成报表。中央监控单元与储油站局域网互联,共享局域网内信息。
2)系统网络结构。在IPC-PLC/IM分散控制系统中,现场总线的应用为IPC和PLC/IM的沟通提供了一个全数字化的、双向的、多节点的通讯链接。与原有DCS比较,采用现场总线使得传输信号由传统的4-20mA模拟信号变成数字信号,提高了通讯的可靠性和抗干扰能力。DCS的本意是和控制分散,信息和管理集中,现场总线与传统的融合,将使此初衷更为完美。
在油罐监控系统中采用RS485现场总线是很好的选择。本系统的网络结构为总线型,传输介质为双绞线,中央监控单元通过接口卡接至RS485总线上,与总线上的分散控制单元构成一点对多点的通讯方式。中央监控单元IPC根据IM传送的液位、温度、压力数据,将管理控制指令经现场总线发给分散控制单元PLC,PLC采集到报警信号和流量计数脉冲信号通过A/D转换模块,将模拟量变成数字量经现场总线送至中央监控单元。
3)中央监控单元。油罐监控系统采用工业计算机作为中央监控单元。工业计算机是在原个人计算机基础上发展起来的新型工业控制装置,它既充分发挥了的技术优势,又利用工业级部件替换家用级部件,极大的提高了普通工作的稳定性和可靠性,能够很好地运用于工业生产自动化领域闭。目前IPC已经成为工业自动控制的标准设备,是实现生产自动化的最佳配套产品,它具有运算速度快、通用性强、结构紧凑、丰富的软件资源等优点。油罐监控系统采用的是现场总线,因此,在IPC中需要配置一块串行接口卡。
3需要考虑的问题和解决办法
设备的电磁干扰和电气控制柜中电源的电磁干扰,因此如何有效的抵抗这些干扰因素,保证数据传输的准确和设备工作的正常,是必须考虑并予以解决的问题。
1)电磁干扰问题。对于电磁的干扰问题,其危害主要在于:①对通讯设备和线路的影响,造成数据传输失败或传输错误数据,造成中央监控单元的误判断、误操作和误报警以及记录数据的错误,负面影响十分严重。如果无法克服这个影响,就无法保证控制指令和工作参数的准确传递,那么自动控制和数据管理就沦为空谈。②对继电器线圈的影响,造成继电器电气接点的误动作,则中央监控单元下达的控制指令就无法被正确执行,整个监控系统的工作就会陷入混乱,后果很严重。③对A/D输入信号线的影响,造成电流、电压等电气参数值错误,造成误报警和电量参数运算错误。针对这三个急需解决的问题,经过查资料和现场调研,制定了解决措施。针对电磁干扰造成的影响,抗干扰的解决办法主要是电气柜柜体可靠接地,PLC单独接地,地线与电源地线隔离,PLC/1M通讯线及A/D输入线采用屏蔽双绞线,且通讯线通过金属管道敷设,PLC输出点串接中间继电器,输入信号电缆和交流电源线分开,与PLC接线端子连接线的头部尽量平整,增大接触面。
2)接地问题。由于新疆地处干旱,地表干燥,尽管采取了接地措施,但还是经常发现信号错误的情况发生,分析可能是接地不良的原因,为了保证平稳运行我们将数字地和模拟地分开,因为数字电路属于正负5V、12V、24V级别的,很容易受干扰,而且一旦外部异常电压一旦串入将很大可能性的造成设备损坏,然后我们采取加深接地线的办法,用铜管将接地点位于地下2m左右的潮湿土壤,通过这样的措施,很好的解决了接地问题,系统运行平稳。
4结语
本文所述的油罐监控系统是一个集监测、控制、管理一体的分布式系统。该系统基于分层分布式结构,采用RS485现场总线和ETHERNET构成系统的通讯网络,以PLC/IM构成系统的底层控制站,完成生产过程的数据实时采集和过程控制是整个系统中最重要的单元, 整个系统实现了生产参数自动检测、自动控制,提高了油库管理控制的自动化水平。
参考文献
[1]祁耀斌,张勇东,童非.光纤液位计及其在油罐监控中的应用[J].国外建材科技,2004,25:2.
[2]田娥,莫易敏.储油罐计算机监控系统设计与实现[J].铁道技术监督,2006,34:2.