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油庫發(fā)油系統總體設計(一)
2油庫發(fā)油系統總體設計
2.1控制系統方案設計
2.1.1控制系統的幾種主要形式
（1）工業(yè)以太網(wǎng)
所謂工業(yè)以太網(wǎng)，是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（即IEEE802.3標準）兼容，但在產(chǎn)品設計時(shí)，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、適用性以及實(shí)時(shí)性等方面能滿(mǎn)足工業(yè)現場(chǎng)需要的以太網(wǎng)絡(luò )。以太網(wǎng)由于其開(kāi)放性好、應用廣泛以及價(jià)格低廉等特點(diǎn),在工業(yè)控制領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始得到了大規模的應用。傳統的控制系統在信息層大都采用以太網(wǎng),而在控制層和設備層一般采用不同的現場(chǎng)總線(xiàn)或其他專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)以太網(wǎng)的不斷發(fā)展與完善,以太網(wǎng)已經(jīng)滲透到了控制層和設備層,幾乎所有的PLC和遠程I/O供應商都能提供支持TCP/IP的以太網(wǎng)接口產(chǎn)品。該系統應用在中小型控制系統中有替代基于現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統的趨勢。對于大型控制系統,由于其結構和控制功能復雜、實(shí)時(shí)性和可靠性要求更高,構建基于工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統目前存在著(zhù)一定的技術(shù)難點(diǎn)。
（2）集散控制系統
集散控制系統(Distributed Control System)以大系統理論為指導，以先進(jìn)的四C(Computer,Control,Communication,CRT)技術(shù)為物質(zhì)基礎，采用危險分散的系統設計思想進(jìn)行設計。集散控制系統將控制功能分散化、管理操作功能高度集中化，吸收了模擬控制儀表的特點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的一種新型數字綜合控制系統[3]。
DCS分為三大部分，帶I/O板的控制器、通訊網(wǎng)絡(luò )和人機界面（HMI）�？刂破魇荄CS的核心部件，它相當于一臺PC機。有的DCS的控制器本身就是PC機。它主要有CPU、RAM、ROM等芯片，還有兩個(gè)接口，一個(gè)向下接收I/O總線(xiàn)來(lái)的信號，另一個(gè)接口是向上把信號送到網(wǎng)絡(luò )上與人機界面相連�？刂破髦邪惭b有操作系統功能塊、組態(tài)軟件和通訊軟件。
通訊網(wǎng)絡(luò )把過(guò)程站和人機界面連成一個(gè)系統。通訊網(wǎng)絡(luò )有幾種不同的結構形式。如總線(xiàn)形、環(huán)形和星形�？偩�(xiàn)形在邏輯上也是環(huán)形的。星形的只適用于小系統。不論是環(huán)形還是總線(xiàn)形，一般都采用廣播式。其它一些協(xié)議方式已用的較少。
集散控制系統以微型計算機作為過(guò)程控制工具，完成連續控制和順序控制功能。用上位計算機實(shí)行數據處理、監視、控制。采用CRT(操作站)圖像和操作站為中心的人機聯(lián)系裝置實(shí)現集中顯示和操作，用數據通信電纜將各設備聯(lián)系起來(lái)。概括地說(shuō)，集散控制系統是將控制功能分散開(kāi)來(lái)，構成一些以微型計算機為中心的子系統，然后用上位計算機來(lái)管理(監視、操作)這些子系統。
DCS采用標準化、模塊化和系列化的設計，它具有以通訊網(wǎng)絡(luò )為紐帶的集中顯示的特點(diǎn)，而操作管理、控制相對分散，配置靈活、組態(tài)方便，同時(shí)是具有高可靠性的實(shí)用系統。
（3）PLC+PC機控制系統PLC由繼電器邏輯控制系統發(fā)展而來(lái)，所以它在數字處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢，初期主要側重于開(kāi)關(guān)量順序控制方面。隨著(zhù)8位、16位、32位微處理器的應用，使它在技術(shù)和功能上發(fā)生了飛躍，在初期邏輯運算功能的基礎上增加了數值運算、閉環(huán)調節、通信等功能，特別是通信功能的增強，實(shí)現了PLC與上位計算機之間連接成網(wǎng)絡(luò )，構成上下位機的控制系統。
用PC機+PLC組成控制系統時(shí)，PLC承擔了現場(chǎng)控制站的工作，PC機承擔操作站和工程師站的工作。在安裝有PLC系統軟件的PC機上可以離線(xiàn)（或在線(xiàn)）編輯PLC的控制程序（一般稱(chēng)為梯形圖），控制程序下載到PLC后，PLC獨立完成現場(chǎng)數據的采集、邏輯控制、模擬控制等。而操作站的各種功能都可以通過(guò)“實(shí)時(shí)監控軟件”+“PC機”來(lái)實(shí)現，在安裝有實(shí)時(shí)監控軟件的PC機上可以方便對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監控。
計算、圖像處理、操作的方便程度、數據管理是上位機PC機的優(yōu)勢，對于過(guò)程控制是下位機PLC的優(yōu)勢，因而把二者的結合充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，具有一定的實(shí)際意義。另外通過(guò)來(lái)用模塊化結構設計組態(tài)軟件的使用又可方便地把二者結合構成完整可靠的控制系統，系統軟件采用成熟的組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)，使系統的開(kāi)發(fā)、調試以及對系統功能的升級較為方便。另外生產(chǎn)數據的及時(shí)采集和開(kāi)放性處理，能夠完善生產(chǎn)管理，便于組成企業(yè)管理系統。
2.1.2控制系統方案確定
綜合上述控制系統的各自特點(diǎn)，我們可以看出以太網(wǎng)和DCS控制系統開(kāi)放性好，系統功能強大，對于大型控制系統具有絕對的優(yōu)勢。但是，工業(yè)以太網(wǎng)畢竟不是為工業(yè)控制系統專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò )系統，它更適合于對實(shí)時(shí)性要求不很高的、純粹的數據傳輸領(lǐng)域。即使在今天，某些廠(chǎng)商的改進(jìn)產(chǎn)品使以太網(wǎng)越來(lái)越深入現場(chǎng)，但整體上看，面向控制領(lǐng)域的工業(yè)以太網(wǎng)還需要在技術(shù)上有重大的突破。
而對于DCS控制系統來(lái)說(shuō)，由于各家的DCS系統為了搶占市場(chǎng)，在網(wǎng)絡(luò )協(xié)議方面各自為政，不同廠(chǎng)家的系統之間基本上不能進(jìn)行數據交換。系統的各個(gè)組成部分，如現場(chǎng)控制站、人機界面工作站、各類(lèi)功能站及軟件等都是各個(gè)DCS廠(chǎng)家的專(zhuān)有技術(shù)和產(chǎn)品。從用戶(hù)的角度看，工業(yè)以太網(wǎng)和DCS系統都是一種購買(mǎi)成本、運行成本及維護成本都很高的控制系統。所以，一般中小型系統很少采用。
PLC+PC機控制系統的適用范圍比較廣泛，小到幾十點(diǎn)大到上千點(diǎn)，系統構建非常靈活。隨著(zhù)PLC技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中完全可以采用PLC+PC機控制系統來(lái)實(shí)現DCS系統的控制功能。與工業(yè)以太網(wǎng)和DCS系統相比，PLC+PC機控制系統開(kāi)發(fā)周期短，投資成本低,在中小型控制系統中具有不可替代的優(yōu)勢，被廣泛采用。PLC+PC機控制系統是一種性?xún)r(jià)比高的控制系統，所以在發(fā)油控制系統中我們選用PLC+PC機控制系統。
2.2油庫自動(dòng)發(fā)油控制系統總體設計
應用PLC技術(shù)、計算機通訊技術(shù)，組成具有結構開(kāi)放的、組態(tài)靈活的、控制功能完善的、操作簡(jiǎn)單的現代化監控系統，提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平與管理水平，是本系統設計的宗旨。
2.2.1系統設計的原則
系統設計應以安全、可靠、實(shí)用和可擴展為原則進(jìn)行設計，使系統具有先進(jìn)性、完善性、靈活性等特點(diǎn)。
（1）提高控制系統的精度：系統精度是衡量系統好壞的重要標準，我們從系統軟硬件兩方面考慮，在硬件上選擇性?xún)r(jià)比較高的設備，更重要是從軟件設計上采用合理的控制算法來(lái)提高系統的精度。
（2）提高系統的自適應性：充分考慮應用系統的現場(chǎng)環(huán)境，及構成系統的設備的影響因素，采取自整定控制算法，提高系統的適應性。
（3）易操作性：系統的人機界面要有好，圖形與文字雙重顯示，操作簡(jiǎn)單、方便。工作人員經(jīng)過(guò)短時(shí)間的培訓，就能夠熟練操作。
（4）可靠性：油庫自動(dòng)化系統要求測量、傳輸數據準確，運行穩定，出現故障要有緩解措施，能夠及時(shí)解救，快速恢復正常運行，在抗干擾性方面要有一定的措施，保證系統可靠運行。
（5）安全性：安全是油庫中頭等重要的事情，所以油庫自動(dòng)化系統需要嚴格考慮系統的安全性。采用必要的安全機制，保證系統的安全，達到油庫防爆等。
（6）開(kāi)放性：開(kāi)放性是指在硬、軟設備得互連上，系統升級、擴充和更新上，應用目標和功能變化上，以及在其他外界環(huán)境變化上，具有較強的適應能力。
2.2.2系統總體結構圖
本文主要對于中小型油庫發(fā)油控制系統進(jìn)行設計，采用PLC+PC機控制形式。系統總體結構如圖2-1所示。本系統分四層網(wǎng)絡(luò )模式：管理層、操作層、控制層和現場(chǎng)層�，F場(chǎng)層由流量計、油泵、電液閥、溫度變送器等構成,發(fā)油現場(chǎng)示意圖見(jiàn)圖2-2；控制層以PLC為核心，PLC與PLC之間通過(guò)RS485總線(xiàn)進(jìn)行連接；操作層由中央控制室的控制PC機和管理PC機構成；管理層由遠程油庫管理中心的PC機構成。
圖 2-1 系統總體結構
Fig.2-1 General structure of system
圖 2-2 發(fā)油現場(chǎng)示意圖
Fig.2-2 Oil delivery field sketch map
2.2.3 系統功能的實(shí)現
（1）監控PC機：監控PC機主要用于系統組態(tài)、參數設置、自動(dòng)化系統監測。其通過(guò)PPI電纜與PLC進(jìn)行通訊，向PLC發(fā)送控制命令。
（2）現場(chǎng)控制：現場(chǎng)控制以PLC為核心。PLC通過(guò)接收上位機指令并對現場(chǎng)設備和儀表進(jìn)行控制，同時(shí)PLC將采集的現場(chǎng)信號，經(jīng)分析處理后通過(guò)RS485總線(xiàn)傳到上位機，為上位機數據分析和狀態(tài)顯示提供依據。
（3）數據顯示：為了方便客戶(hù)和現場(chǎng)操作人員及時(shí)了解發(fā)油信息，在現場(chǎng)設置大屏幕顯示器。大屏幕顯示器實(shí)時(shí)顯示現場(chǎng)發(fā)油信息，如發(fā)油量、油品溫度、油品號、發(fā)油時(shí)間等。
（4）靜電接地：發(fā)油前，工作人員接好靜電接地。如果未接靜電接地或沒(méi)接好，系統發(fā)出語(yǔ)音報警提示，并禁止發(fā)油。發(fā)油完畢，工作人員將靜電接地放回原位，如果靜電接地未摘除，系統發(fā)出語(yǔ)音報警提示，并且車(chē)欄桿不動(dòng)作，禁止油罐車(chē)離開(kāi)鶴位。
（5）溢油保護：將溢油保護裝置安在鶴管上，當鶴管進(jìn)入油罐口時(shí)，溢油保護裝置位于油罐口處，進(jìn)行油位檢測。當油位超過(guò)指定位置，系統發(fā)出報警提示，并且停止發(fā)油。
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