1、油庫罐區自動化監控系統設計與實現葉彥斐, 等油庫罐區自動化監控系統設計與實現D e s i gn and Re a liza ti o n o f Au tom a ti o n M o n ito ri ng Sys tem fo r O il Tanks A re a葉彥斐李訓銘劉光輝吳平121122(河海大學電氣學院, 南京210098; 南京富島工控網絡科技有限公司, 南京210061摘要:針對國內油庫罐區監控總體水平低、作業效率不高的現狀, 設計了一種基于采集控制層和監控計量層的SCADA 系統解決方案。在采集控制層中, 詳細介紹了PLC 與儀表的RS 2485總線通信和脈沖頻率計數

2、。在監控計量層中, 描述了基于iFix 組態軟件開發的監控計量軟件, 實現監控、計量、曲線、報警等功能。實踐運行表明, 該系統對改善油庫罐區監控現狀、提高作業效率起到了很重要的作用, 同時, 對在類似監控場合的應用也有重要的借鑒意義。關鍵詞:罐區自動化監控系統可編程邏輯控制器監控計量軟件中圖分類號:TP273文獻標志碼:AAbstract:O il tanks area aut omatic monit oring system is an i m portant component of oil far m automatic In the light of current statuses

3、, e . g . l ow general monitoring level of domestic oil tanks area and a data acquisition system s olu 2ti on based on the acquisition and control level and the monitoring and I acquisition and contr ol level, RS 2485bus communication and frequency count bet ween PLC and in I n the monitoring and me

4、asuring level, monito 2ring and measuring s oft w are based on iFix w is it has functions such as supervisory contr ol, measurement, curve and alar m etc . , according t o method . The p ractice shows that the system p lays an i mportant r ole in i m p r oving the monitoring level and . It is worth

5、using f or reference in the other si m ilar monit oring p laces . Keywords:Automati area oring system PLC Monitoring and metering soft w are0引言目前, 我國的油庫罐區自動化監控與國外相比, 總體水平較低。罐區數據還主要依靠人工測量、讀取和錄入; 工藝生產很多還是人工開閥、手動控泵。系統不僅存在監控不及時、人為誤差大, 還有隨意性強、可靠性不高等缺點, 因此, 很多油庫罐區都在進行以擺脫傳統監控方式、作業方法, 建立便捷、先進、可靠的監控系統為目的的自動化

6、改造。油庫罐區自動化監控系統運用現代信息化、自動化技術, 方便、快捷地了解現場設備實時運行情況及歷史生產信息, 為生產調度決策提供可靠的數據依據; 同時還能迅速、及時地對現場設備進行有效控制, 從而提高作業效率。圖1系統網絡結構圖Fig . 1Structure of syste matic net w ork1油庫監控系統架構油庫罐區監控自動化系統由采集控制層和監控計量層通過現場總線連接而成, 監控計量層通過服務器與以太網相連1采集控制層主要由現場工藝設備、儀器儀表、可編程邏輯控制器及現場總線組成, 實現對油庫罐區工藝和資源的測控。油庫罐區工藝設備由油罐和管道兩部分組成。油罐涉及光導液位計、

7、Pt100和壓力傳感器等儀表; 管道涉及質量流量計、溫度傳感器和壓力傳感器等儀表, 這些儀表共同用來采集現場數據。同時, 管道上安裝泵、43, 系統網絡結構如圖1 所示。修改稿收到日期:2007-01-12。第一作者葉彥斐, 男, 1974年生, 2004年畢業于電子科技大學, 獲碩士學位, 講師; 主要研究方向為現場總線、集散控制、過程控制及智能控制等。自動化儀表第28卷第7期2007年7月油庫罐區自動化監控系統設計與實現葉彥斐, 等閥等執行機構用于工藝流程控制。采用基于可編程序控制器(PLC 的測控方案, 確保系統的高可靠性2位和溫度測量, 該儀表由二次表ZYG 2A101和一次表ZYG

8、2B101兩部分組成。10個罐裝有10臺一次表ZYG 2B101, 按內部協議方式傳遞液位、溫度信號給控。PLC 選用Siemens CPU31522DP 可編程控制器, 通過CP U 的DP 口連接分布式站點ET200來拓展系統具有兩個分布機架擴展機架。為增強與操作站計算機之間的通信能力, 在采集控制層中插有通信處理器CP34225, 監控計量層計算機中插有CP5611網卡, 通過Pr ofibus 現場總線將兩者連接起來構成網絡。監控計量層由兩臺監控計量操作站組成, 基于iFix 組態軟件開發。具有工藝流程監控、資源數據監督、數據計算、趨勢圖查詢、系統報警及用戶管理等功能二 進行數據處理,

9、 操作站計量精度很高。兩臺監控計量操作站互為備用, 監控油庫罐區現場工藝, 計量現場數據。43制室的一臺二次表ZYG 2A101(每臺最多可接30臺一次表 , 二次表輪詢顯示10個罐的液位和溫度, 并以標準RS 2485總線協議輸出結果。如圖1所示, CP341通過RS 2485總線與光導液位計二次表ZYG 2A101相連, 總線兩端接入120終端電阻, 構成RS 2485總線控制網絡。在P LC 硬件組態中設定波特率1200bp s 、8位數據位、1位結束位、無奇偶校驗、異步ASC II 碼通信方式。P LC 通過CP341向光導液位計二次表ZYG 2A101發。罐上數據接主機架, 管道信號

10、接。送查詢命令, 液位計返回應答信息, 從而獲得10個罐的液位、溫度數據。具體協議格式如表1和表2所示。表1Tab . 1For mmand fram e 5同時, 由于采用精確計量算法(精度小于萬分之溫度命令1200CR2采集控制層、溫度、壓力, , 采集泵、閥。為滿足采集與控制需要, P LC 模塊配置如下:開關量輸入模塊, S M321, D I 32×24V, 6塊; 開關量輸出模塊,S M322, DO8×Relay, 8塊; 模擬量輸入模塊, S M331, A I 8×16bit, 10塊; 模擬量輸入模塊, S M332, AO8×12b

11、it, 4塊; RS485串行通信模塊CP341, 1塊; 高頻計啟始符lt表2響應幀格式Tab . 2For ma t of respon se fram e1罐的液位4位16進制4位BCD 碼#n 罐的液位#結束符CR CR4位16進制4位BCD 碼通過區分起始符, 判斷獲得的ASC II 碼是液位數據還是溫度數據。另外, PLC 定時發送液位和溫度查詢命令, 為了避免發送命令與接收數據之間沖突, 設定查詢周期6s, 確保有足夠的時間發送和接收數據。2. 2流量脈沖數據獲取數模塊F M35022, 1塊。液位儀表選用珠峰ZYG 2101電子智能光導液位計。PLC 通過CP341串行通信模塊

12、, 采用RS 2485總線協議方式讀取數據。質量流量計選用太航LZ LB 28型質量流量計測量管道流量。P LC 通過F M35022高頻計數模塊以脈沖方式讀入, 與標準電流方式采集相比提高了數據的準確性。2. 1PLC 與液位儀表的通信PLC 通過CP341按照約定的RS 2485串行通信協太航LZ LB 28型質量流量計提供標準電流和脈沖輸出6, 為保證測量流量的準確性, 采用流量脈沖的頻率和個數分別獲得管道質量流量的瞬時值和累積值。由于脈沖頻率較高、范圍在010kHz 之間, 不易采用開關量模塊計數, 故采用專用計數模塊F M35022進行頻率測量和脈沖計數。罐區入口和出口各裝有一臺LZ

13、 LB 28型質量流量計, 分別將其脈沖輸出信號線接至F M35022模塊, 其中入口流量計脈沖信號接0和1通道; 出口流量計脈沖接2和3通道。硬件組態F M35022使0和2通道工作于“頻率測量”模式以得到瞬時流量; 1和3通道工作于“循環計數”模式以得到累積流量。在“頻率測量”模式下, “時間窗”參數太大, 瞬時數據平穩但“實時性”不強; “時間窗”參數太小, 瞬時#議與珠峰ZYG 2101光導液位計通信, 獲取各油罐的液位和溫度。CP341通信處理器是Sie mens 公司提供的低成本高性能串行通信解決方案, 具有RS 2232(V . 24 、20mA(TTY 和RS 2422/RS2

14、485(X . 27 三種不同傳輸接口, 可以實現AS CII 碼、3964(R 和打印機驅動三種通信協議。罐區裝有光導液位計ZYG 2101, 進行罐內油品液44PROCESS AUT OM AT I O N I NSTRU M ENTAT I O N Vol . 28No . 7July 2007油庫罐區自動化監控系統設計與實現葉彥斐, 等數據“實時性”強但數據波動較大, 經綜合考慮、調試, 設定頻率測量“時間窗”100m s 。另外, 質量流量計中組態單位脈沖代表質量流量的大小對計數精度影響較大, 若該值太大, 單位質量對應脈沖少或頻率值較低, 分度過大造成計數精度低; 該值過小, 單位

15、質量對應脈沖多或頻率高, 又可能丟失脈沖造成流量精度差, 經綜合考慮、調試, 質量流量計單位脈沖設定為20g, 正常工作頻率在3kHz 左右。2. 3泵、閥控制PLC 檢測現場泵、閥狀態、各油罐液位, 依據油庫要根據這些數據計算出油品的體積和質量等相關數據。這就需要依據高精度的計量算法進行數據計算和處理, 并將運算結果通過實時畫面、歷史曲線等方式生動地表現出來。此外, 系統還有趨勢圖查詢、系統報警及用戶管理等功能。3. 3計量算法計量算法主要包括:罐容計算(高度到體積 、視標準密度轉換、溫度及壓力修正等算法。其中標準密度又是油品進行其他相關后續運算的基礎, 精度關系整個計量算法精度。通常, 罐

16、容計算、溫度體積修正都有固定的算法; 而視密度到標準密度轉換要通過查表獲得, 對某種油品, 根據測得的溫度和視密度, 查石油計量表得到它的標準密度。由于查表存在較多的不便, 因此我們給出標準密、, 公式如下:20t +181t (t -20 -×t33工藝邏輯、發出信號有效控制泵、閥。如某罐處于進油狀態:入口閥開、入口泵運行, 同時不斷檢測油罐液位, 當液位高于高限時, PLC 自動停泵、關閥。3監控計量層監控計量層采用iFix 組態軟件、依據精確的計量算法開發而成, 包含兩臺互為備用的操作站。具有工藝流程監控、資源數據監督、數據計算、趨勢圖查詢、報警及用戶管理等功能。3. 1軟件結

17、構(1時的標準密度, kg/m; 2020t 為視密度,kg/m; t 為溫度, ; k 為修正系數, 在020間根據需求, 圖2所示 。每5分段給出。實際測試表明, 通過該算法處理得到的結果與查石油計量表相比誤差小于萬分之一, 從而保證了整個計量算法精度很高(精度小于萬分之二 。4結束語該油庫罐區自動化監控系統自投運以來, 監控實時性、操作簡便性、計量準確性均大大提高。整個油庫罐區生產過程控制及時、有效, 減少了違反工藝流程的圖2軟件結構圖Fig . 2Structure of s oft w are操作, 避免了信息誤報錯報, 提高了收、發、輸轉和存儲等作業效率。同時, 生產過程數據集中、

18、準確、可靠, 為油庫操作人員操作甚至管理層指導生產提供了依據。該監控系統的成功投運對改善油庫罐區監控現狀、提高作業效率起到了很重要的作用, 同時, 對在類似監控場合的應用也有重要的借鑒意義。參考文獻1陽憲惠. 現場總線技術及其應用M.北京:清華大學出版社,2001.2葉彥斐, 李訓銘. 管塔焊接自動化監控系統設計與實現J .自動3. 2功能實現3. 2. 1工藝流程監控工藝流程圖展示罐區油品分布、工藝流向及設備的運行狀態, 管道里液體流向、溫度、壓力大小, 以及泵、閥的工作狀態等。此外, 通過工藝流程畫面還能按照工藝要求進行有效控制。3. 2. 2資源數據監督資源數據包括庫區單罐圖、巡檢圖及總體資源。單罐圖