油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

趙春雨 姚立權(quán)

摘要 文章主要針對(duì)油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)展開分析，首先分析了油罐區(qū)監(jiān)控管理的相關(guān)要求，其次對(duì)油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)方案的研究設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，最后分析了油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，并且提出優(yōu)化完善建議，主要目的是提高油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)研究質(zhì)量，保證油罐區(qū)監(jiān)控質(zhì)量，提高油罐區(qū)的安全性。

[關(guān)鍵詞]油罐區(qū) 監(jiān)控系統(tǒng) 原理設(shè)計(jì) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是保障油罐區(qū)安全的重要系統(tǒng)，特別是近些年科學(xué)技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上，油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)不斷升級(jí)優(yōu)化。傳統(tǒng)油罐區(qū)監(jiān)控管理不到位，導(dǎo)致管理質(zhì)量較為底下，基本都是現(xiàn)場(chǎng)在操作人員按照巡檢要求進(jìn)行巡檢，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，雖然檢查次數(shù)比較頻繁，但是依然會(huì)存在檢查漏洞。發(fā)現(xiàn)油罐區(qū)檢查故障，不能及時(shí)得到解決，為油罐區(qū)帶來更多損失。利用科學(xué)技術(shù)水平的提升，開始對(duì)油罐區(qū)實(shí)施監(jiān)控系統(tǒng)，提高監(jiān)控管理質(zhì)量，減少人員檢查勞動(dòng)力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題制定適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，保證油罐區(qū)安全。

1 油罐區(qū)管理控制要求

油罐區(qū)管理與控制，需要從油罐區(qū)全方面儲(chǔ)存以及管理等方面著手。

首先對(duì)于油罐液位、壓力以及溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證監(jiān)測(cè)達(dá)到油罐區(qū)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于這方面的控制，需要選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量手段，既要保證油罐測(cè)量的精準(zhǔn)度，還需要合理控制管理成本。油罐存儲(chǔ)期間主要的作用是幫助油田將不同作業(yè)區(qū)采集出的油田資源進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)滿足油氣的輸送需求。對(duì)于油罐儲(chǔ)存液位的要求不同油罐存在一些差異。及時(shí)對(duì)液位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，控制液位不能低于50cm，如果液位低于50cm，及時(shí)報(bào)警，當(dāng)然液位的高度也需要進(jìn)行控制，將其控制在11m，如果超出上限及時(shí)報(bào)警。為了提高輸油的便利，在油罐上必須安裝通氣閥，對(duì)油罐氣壓進(jìn)行控制，同時(shí)還要對(duì)油罐內(nèi)的氣壓與大氣氣壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證兩者相對(duì)其在+20Pa范圍之內(nèi)，設(shè)定報(bào)警系統(tǒng)，如果氣壓波動(dòng)或者超出規(guī)定范圍，及時(shí)發(fā)出警示。

其次是對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)中的子系統(tǒng)設(shè)置要求。子系統(tǒng)包含輸油、火警滅火、噴淋降溫等，對(duì)于其中的噴淋降溫系統(tǒng)必須保證油罐罐體溫度出現(xiàn)變化期間及時(shí)報(bào)警，給予適當(dāng)?shù)木荆瑫r(shí)采取適當(dāng)?shù)慕禍?，控制溫度自?dòng)系統(tǒng)，及時(shí)停止系統(tǒng)工作。噴淋降溫系統(tǒng)的操作方式主要包含兩種，如果從節(jié)約用水考慮研究，選擇手動(dòng)操作較為合理。及時(shí)對(duì)噴淋蓄水池的水位進(jìn)行監(jiān)督，如果蓄水池出現(xiàn)變化，及時(shí)做出警示。油罐輸油管線操作時(shí)，結(jié)合油管流量對(duì)輸油量顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，如果油罐的液位達(dá)到50cm，及時(shí)停止油罐中油泵的工作，切換油罐工作流程，將發(fā)油量變化數(shù)據(jù)記錄。滅火裝置方面，必須控制好滅火裝置的工作，及時(shí)記錄檢驗(yàn)情況。

最后是對(duì)油罐日常報(bào)表系統(tǒng)要求。因?yàn)橛凸迏^(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中，需要合理開展辦公管理，傳統(tǒng)辦公管理主要是以繁瑣的報(bào)表形式進(jìn)行監(jiān)測(cè)與記錄，比如出入人員記錄表、月季度、液壓溫度壓力抽檢表、報(bào)警記錄表、液位溫度壓力抽檢表等，完善油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)用自動(dòng)化記錄的方式，將所有表格數(shù)據(jù)長(zhǎng)傳數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)方案的研究設(shè)計(jì)

液位監(jiān)控系統(tǒng)中，及時(shí)對(duì)油罐區(qū)內(nèi)部液位以及溫度等子系統(tǒng)展開完善設(shè)計(jì)，利用系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，滿足油罐區(qū)的管理控制。圖1為系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。

油罐區(qū)中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于液位監(jiān)控系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)運(yùn)行的主要目的是對(duì)油罐區(qū)液位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，出現(xiàn)上下限問題及時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理。液位測(cè)量的具體方法以及測(cè)量元件的選擇對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)性能以及成本具有直接影響。特別是近些年自動(dòng)化技術(shù)不斷發(fā)展成熟，光纖、雷達(dá)、變送器等高新技術(shù)不斷興起，當(dāng)前的油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)不斷融入高新技術(shù)，功能逐漸多樣化，精準(zhǔn)度也得到提升。能夠結(jié)合油罐區(qū)液位敏感元件區(qū)分液位變化。液位測(cè)量方法的選擇主要分為兩種，直接、間接測(cè)量。以儲(chǔ)油站自身也為測(cè)量精度進(jìn)行研究分析，同時(shí)結(jié)合靜壓式計(jì)量系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)液位測(cè)量最佳方法為靜壓式測(cè)量方法。噴淋降溫以及輸油等子系統(tǒng)設(shè)計(jì)都要結(jié)合油罐檢測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，油罐監(jiān)控系統(tǒng)是中央控制單元，利用數(shù)字、模擬等輸出的方式對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)，以IPC-PLC/IM分布式控制系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，將先創(chuàng)裝置控制優(yōu)勢(shì)進(jìn)行結(jié)合，這樣就可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制形式。利用中央監(jiān)控系統(tǒng)單元，將油罐區(qū)的局域網(wǎng)與企業(yè)相連接，以IPC-PLC/IM作為基點(diǎn)，形成分散式控制單元，及時(shí)管理子系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)工作，將系統(tǒng)優(yōu)化之后實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線連接形式，穩(wěn)固監(jiān)控構(gòu)架結(jié)構(gòu)。分布式監(jiān)控系統(tǒng)其主要工作原理明確監(jiān)控系統(tǒng)的根節(jié)點(diǎn)，油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的根節(jié)點(diǎn)為IPC，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控以及信息管理期間，還需要選擇儲(chǔ)油站信息網(wǎng)絡(luò)中的一些子系統(tǒng)作為節(jié)點(diǎn)，及時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管信息，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息的共享。油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)是液位監(jiān)測(cè)關(guān)鍵系統(tǒng)，通過對(duì)子系統(tǒng)的單元監(jiān)測(cè)控制，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行動(dòng)作及時(shí)監(jiān)控，確保現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作正常，并且還需要將傳感器進(jìn)行調(diào)整，確定輸出信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，及時(shí)將數(shù)據(jù)信息上報(bào)至IPC。

油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)，采取分布式控制系統(tǒng)，遵守系統(tǒng)基本原理的前提下，作為中央監(jiān)控系統(tǒng)，需要對(duì)管理控制進(jìn)行調(diào)整，轉(zhuǎn)換為分散監(jiān)控單元形式，同時(shí)保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)能夠及時(shí)匯總，將數(shù)據(jù)生成報(bào)表，便于對(duì)數(shù)據(jù)觀察與分析。中央監(jiān)控系統(tǒng)，緊密聯(lián)系儲(chǔ)油站監(jiān)控系統(tǒng)，共享監(jiān)控信息。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要延伸IPC-PLC/IM分散控制系統(tǒng)，在油罐區(qū)的監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，添加通訊鏈接，實(shí)現(xiàn)一個(gè)全數(shù)字化、多節(jié)點(diǎn)的信息模式。圖2為監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

與原有監(jiān)控系統(tǒng)的DCS相對(duì)比，以現(xiàn)場(chǎng)總線連接的方式，將其傳輸?shù)侥M信號(hào)源上，當(dāng)前的線路主要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信息，從基礎(chǔ)上提升網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性，同時(shí)以數(shù)字信號(hào)為基礎(chǔ)，提高抗干擾能力。將信息過度集中，保證現(xiàn)場(chǎng)總線連接與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接契合，完善監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式。因?yàn)橛凸迏^(qū)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行選擇，以總線型為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)闹饕橘|(zhì)為雙絞線。同時(shí)在中央監(jiān)控單元，連接雙絞線，從接口卡到總線，以分散控制的方式選擇適當(dāng)?shù)膯卧ㄓ嵤侄?。將監(jiān)控的液位變化、溫度控制等上傳到中央監(jiān)控單元，數(shù)據(jù)整合之后將其分散到控制單元，轉(zhuǎn)變信號(hào)脈沖模式，將數(shù)字量上傳到中央監(jiān)控系統(tǒng)。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)的中央監(jiān)控單元

監(jiān)控系統(tǒng)中主要控制樞紐為中央監(jiān)控單元，油罐區(qū)利用監(jiān)控系統(tǒng)中的中央監(jiān)控單元對(duì)油罐區(qū)相關(guān)工作進(jìn)行監(jiān)控。中央建設(shè)單元中以工業(yè)計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，裝置新型工業(yè)控制裝置，提高監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性，同時(shí)也凸顯了監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，幫助油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控運(yùn)行。當(dāng)前的油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)，已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化控制，結(jié)合中央監(jiān)控單元要求，選擇適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)化配套產(chǎn)品，其主要特點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定、速度快、結(jié)構(gòu)緊湊等，幫助油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)總線，設(shè)置串行接口卡，調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行不足，提高監(jiān)控質(zhì)量。

比如，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于油罐區(qū)溫度變化監(jiān)控，主要結(jié)合油罐區(qū)柴油密度變化，溫度變化對(duì)其產(chǎn)生影響，導(dǎo)致測(cè)量的精度下降。對(duì)于這方面必須對(duì)油罐區(qū)周圍環(huán)境進(jìn)行檢查，在油罐區(qū)的外圍涂抹抗熱輻射涂料，內(nèi)部也需要涂上絕熱涂料。結(jié)合這樣的結(jié)構(gòu)，對(duì)油罐底面氣壓測(cè)量，保證氣壓的壓強(qiáng)與周圍壓力在可控制范圍之內(nèi)，傳感器所輸出的信號(hào)通過安全柵進(jìn)入到智能儀表運(yùn)作處理器中，保證測(cè)量值與上位機(jī)通訊正常。因?yàn)殪o壓力在壓力波動(dòng)情況下會(huì)出現(xiàn)彈性變形，彈性體，的彈性范圍中，液體靜壓力為p，具體液面作分析能夠得出如下公式：Pi=P rgh=KU，，公式中T主要表示液體密度，K表示固定溫度下靜壓力與傳感器輸出電壓之間的比例系數(shù)。U1為傳感器輸出電壓。結(jié)合公式獲得監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)油罐區(qū)運(yùn)行時(shí)刻掌握。

3 油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)問題與完善

電磁干擾與電氣控制是油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中的重要影響因素，因?yàn)槭艿诫姶诺挠绊?，?dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與穩(wěn)定性都出現(xiàn)問題。

首先是電磁干擾方面的問題，因?yàn)殡姶鸥蓴_為油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)帶來問題，在導(dǎo)致油罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中的通訊設(shè)備以及線路等都受到影響，數(shù)據(jù)傳輸中斷或者數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤等。如果數(shù)據(jù)傳輸存在錯(cuò)誤，將會(huì)導(dǎo)致中央監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前單元判斷出現(xiàn)錯(cuò)誤，為油罐區(qū)管理帶來嚴(yán)重的影響。必須克服當(dāng)前電子干擾的問題，保證監(jiān)控指令準(zhǔn)確，工作參數(shù)也可以準(zhǔn)確傳遞。其次是繼電器線圈帶來的影響，這方面的影響導(dǎo)致繼電器接點(diǎn)出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作，并且中央監(jiān)控單元質(zhì)量控制指令不能正常執(zhí)行，監(jiān)控系統(tǒng)陷入混亂。信號(hào)線受到影響，電流與電壓等參數(shù)值出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警有誤。針對(duì)上述問題，必須仔細(xì)斟酌問題，調(diào)查相關(guān)資料，及時(shí)制定完善的監(jiān)控預(yù)防措施。電磁干擾方面，采用電氣柜的方式接入地下，注意將PLC單獨(dú)接地，控制好繼電器的運(yùn)行，鋪設(shè)金屬管道，增大地面接觸面積。完善監(jiān)控系統(tǒng)的通訊設(shè)計(jì)，通信設(shè)計(jì)能夠及時(shí)將油罐區(qū)監(jiān)控內(nèi)容及時(shí)上傳到監(jiān)控部門，保證通訊系統(tǒng)的健康運(yùn)行，完善監(jiān)控系統(tǒng)中的通訊問題，為監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展提供保障。選擇屏蔽雙絞線取代PLC/1M通訊線，隔離地線與電源線，不斷解決上述問題，才能真正保證監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，提高油罐區(qū)的安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，油罐區(qū)的安全是保證油罐區(qū)安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)中，關(guān)注中央監(jiān)控單元，確定控制基點(diǎn)，合理布置相關(guān)線路，保證線路安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，提高監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控質(zhì)量，為油罐區(qū)的安全工作提供保障。

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