大型石化码头控制系统设计研究

摘　要：文章阐述了大型石化码头通过合理的控制系统设计，进而有效的提高港口装卸效率和自动化管理水平，增强了操作安全性。

关键词：大型石化码头； PLC控制系统； 计算机管理系统； 集中控制； 火灾报警系统
    改革开放以来，随着国民经济的迅猛发展，能源需求越来越大，大中型石化码头的建设日新月异。石化码头为爆炸和火灾危险环境，新工艺、新设备的应用和消防设计的高标准，需要码头控制系统设计合理，安全，先进。本文结合“湛江新建油码头工程”这一大型石化码头的工程实例，在合理设计码头控制系统，有效的提高港口装卸效率和自动化管理水平，增强操作安全性等方面进行一些探讨。
　　本工程包括一座30万吨级原油码头和3座5000~2万吨级成品油码头，主要有电动阀门、油泵、电液动装卸臂、消防炮塔、火灾报警系统等工艺和消防设备及压力、温度、气体探测等仪表。本工程通过可编程序控制器（PLC）对整个装卸作业过程进行自动控制、自动监测，并配置计算机监控与管理系统。
　　可编程序控制器（PLC）于60年代末期在美国首先出现，目的是用来取代继电器，建立柔性程序控制系统。它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序，PLC对于顺序控制有其独特的优势。大型石化码头开关量多，需要大量逻辑控制。因此本工程选用可编程序控制器（PLC）控制系统。
  由于码头上的受控设备及检测仪表均集中在平台上，且为爆炸和火灾危险环境，因此本工程自动控制系统采用集中控制、集中监控和集中管理结构，以便管理和使用。自动控制系统由上位计算机监控系统和可编程序控制器（PLC）控制系统组成。上位监控计算机和PLC主机设在码头综合楼4层中心控制室内，负责整个码头的控制。
    中心控制室由可编程序控制器（PLC）和控制网络、通信设备、消防控制台、CCTV等组成。远程I/O站由各种输入、输出模块、电源模块、通讯模块和接线端子组成。远程站通过PROFIBUS-DP总线接入中心控制室PLC系统，通讯介质为光缆。
　　由于本工程规模较大，在平面布置上分成两大部分，在综合楼中心控制室配置一套控制系统PLC1，控制范围为30万吨级原油泊位和2万吨级成品油泊位；在码头工作房控制室配置一套控制系统PLC2，控制范围为2个5000吨级成品油泊位。两套系统相对独立，又通过上位计算机互相通讯。这样当某一套PLC系统出现故障，不影响其它PLC系统的运行，提高了控制系统的安全性，并且PLC系统靠近受控设备，能有效地减少电缆敷设，节省投资。每套PLC控制系统为双CPU（中央处理器）的双机热备冗余设计，这样极大的提高了控制系统的可靠性。在石化码头这样的危险和重要场所，能最大限度的保证整个工艺流程控制系统的连续性和稳定性。本工程计算机管理系统由4套上位监控计算机及软件、网络设备组成，码头控制系统通过以太网（冗余）与后方罐区控制系统进行数据通信。并通过网络与其他港口以及海关、商检、货主等驻港单位进行信息通信，实现信号共享。这样，在罐区可监察码头的主要工作状态及设备运行情况，在码头也可监察罐区的主要工作状态及设备运行情况，做到整个自动控制系统的连续，及时，可靠。
一、本工程控制系统包括如下方面：
　　油品流程设备电动阀门等的远程遥控和状态的集中监控；
　　管道压力、温度和流量的自动检测、监控和超限报警；
　　可燃及有毒气体泄漏情况的自动检测、监控、超限报警和紧急关阀；
　　火灾自动报警，记录，显示；
　　电液动装载臂左右、上下、前后位置的检测、监控和超限报警。
　　对于电动阀门等码头工艺流程主要设备，可以通过码头控制室监控电脑进行单机操作，进行选择流程自动控制；也可以在设备安装调试及维修时，在现场通过控制按钮进行单机控制。 最大限度保证操作的可靠和安全。
　　本工程装卸的油品等物质为易燃易爆的危险品，发生火灾或其它意外情况危害极大。因此，依照国家相关规范，本工程采用控制中心集中报警联动系统，控制系统设计将火灾自动报警系统纳入，做到自动监测和联动。做到工艺流程和火灾紧急情况的实时性和连贯性，极大的提高港口装卸效率和自动化管理水平，增强了操作安全性。
　　火灾自动报警系统设置了以下火灾报警设施：在码头，栈桥每隔50米设置一组手动报警按钮，紧急停止按钮及红色火警灯等声光报警装置；在工作平台和栈桥根部设置可燃气体浓度探测器；在工艺管线上设置压力变送器和温度传感器。当某一位置发生火警时，按下手动报警按钮，发出声光报警，在中心控制室电脑屏上显示报警部位、时间，并自动作记录。当发生紧急情况时，按下紧停按钮，发出紧急停止报警，并立即关闭有关阀门。当气体泄漏达到最低爆炸下限的25%时，相应部位发出声光报警。当管道压力下降太快，或气体泄漏达到最低爆炸下限的50%时，系统将发出紧急报警，并马上关闭相应的阀门。同样，当管道压力达到报警下限时，发出声光报警，当到达报警上限时，系统将发出紧急报警，并马上关闭相应的阀门。所有这些动作都可在电脑上以模拟图形式显示，可进行记录和打印。
　　为更好的让码头管理人员熟练操作本控制系统和与后方罐区资源共享和运行联动，本工程设置一套计算机监控和管理系统。在综合楼4楼中心控制室设4台上位监控电脑，所有上位监控电脑配置彩色图形监控软件，监控软件在WINDOWS XP平台上运行。所有人机界面均为WINDOWS的标准形式，便于操作人员学习和使用。监控画面以中文条文、信息窗和彩色动态图形模拟现场工艺和设备的各种工作状态、故障状态，以列表形式显示设备的故障点、故障性质、发生时间、确认时间、消除时间等信息，以便操作人员能及时发现和排除故障。
二、监控软件设有以下画面：
　　1、现场工艺设备动态模拟图
　　当工艺设备状态发生变化时，画面上相应设备的颜色及标明状态的条文自动变化，使操作人员一目了然，该画面有流程选择按钮，起动/停止按钮，自动/手动选择按钮，画面切换按钮，打印按钮，菜单，快捷键功能键等。画面上的按钮可用鼠标操作，也可用键盘操作，并有防止误操作的密码和弹出帮助信息窗口和出错信息窗口，所有条文均为中文。
　　2、现场工艺管道压力和温度参数画面
　　以棒形图和文本框及趋势图实时显 示各个测量点的压力和温度，压力和温度数据可保存24小时。
　　3、罐区工作状态画面
　　以罐区模拟图，中文条文，棒状图的形式显示罐区主要设备的工作和故障状态。
　　4、消防状态画面
　　以模拟图及中文条文的形式显示码头，罐区及消防泵房的火灾情况，可燃气体浓度情况及消防泵房的工作情况，故障情况等，该画面有火灾报警按钮，确认按钮及起/停消防泵按钮。
　　5、故障报警画面
　　以清单形式记录和显示所有I/O的工作状态，故障状态，故障性质，故障发生时间，故障确认时间，故障消除时间，上次故障发生时间，各设备发生故障次数等。
　　6、历史事件画面
　　以清单形式记录和显示所有开关，触点以及操作员的动作时间，操作时间。便于出现故障和操作错误时进行分析。也可以对出现的故障进行统计，更正或消除容易出现故障的部件和环节。
三、结语
　　随着我国大型石化码头的建设高潮，国内石化码头或罐区安全事故也频繁发生。在石化码头这样的爆炸和火灾危险环境，如何进一步提高整体的装卸效率和自动化水平，并最大限度的保证生产安全，已是石化码头自动控制系统设计的指导原则。上文结合一具体实施的工程实例，阐述了大型石化码头控制系统的合理设计。现该工程已投入运行2年多，根据反馈意见，码头控制系统能较好地实现设计理念和功能。
参考文献
[1] 邬晓红，王建志，郭力清。“PLC网络的设计与探讨” <<水运工程>> 2001年第04期。
[2] 佟维新，张爱丽。“广州南沙油库自动控制系统设计” <<中国仪器仪表>> 2010年第S1期。
[3]罗时全。“基于PLC的码头定量发油系统设计” <<测控技术>> 2011年第03期。 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/zhinengkeji/232010.html