油库发油系统总体设计(一)

2油库发油系统总体设计

2.1控制系统方案设计

2.1.1控制系统的几种主要形式

（1）工业以太网

所谓工业以太网，是指技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性等方面能满足工业现场需要的以太网络。以太网由于其开放性好、应用广泛以及价格低廉等特点,在工业控制领域已经开始得到了大规模的应用。传统的控制系统在信息层大都采用以太网,而在控制层和设备层一般采用不同的现场总线或其他专用网络。随着以太网的不断发展与完善,以太网已经渗透到了控制层和设备层,几乎所有的PLC和远程I/O供应商都能提供支持TCP/IP的以太网接口产品。该系统应用在中小型控制系统中有替代基于现场总线的控制系统的趋势。对于大型控制系统,由于其结构和控制功能复杂、实时性和可靠性要求更高,构建基于工业以太网的控制系统目前存在着一定的技术难点。

（2）集散控制系统

集散控制系统(Distributed Control System)以大系统理论为指导，以先进的四C(Computer,Control,Communication,CRT)技术为物质基础，采用危险分散的系统设计思想进行设计。集散控制系统将控制功能分散化、管理操作功能高度集中化，吸收了模拟控制仪表的特点而发展起来的一种新型数字综合控制系统[3]。

DCS分为三大部分，带I/O板的控制器、通讯网络和人机界面（HMI）。控制器是DCS的核心部件，它相当于一台PC机。有的DCS的控制器本身就是PC机。它主要有CPU、RAM、ROM等芯片，还有两个接口，一个向下接收I/O总线来的信号，另一个接口是向上把信号送到网络上与人机界面相连。控制器中安装有操作系统功能块、组态软件和通讯软件。

通讯网络把过程站和人机界面连成一个系统。通讯网络有几种不同的结构形式。如总线形、环形和星形。总线形在逻辑上也是环形的。星形的只适用于小系统。不论是环形还是总线形，一般都采用广播式。其它一些协议方式已用的较少。

集散控制系统以微型计算机作为过程控制工具，完成连续控制和顺序控制功能。用上位计算机实行数据处理、监视、控制。采用CRT(操作站)图像和操作站为中心的人机联系装置实现集中显示和操作，用数据通信电缆将各设备联系起来。概括地说，集散控制系统是将控制功能分散开来，构成一些以微型计算机为中心的子系统，然后用上位计算机来管理(监视、操作)这些子系统。

DCS采用标准化、模块化和系列化的设计，它具有以通讯网络为纽带的集中显示的特点，而操作管理、控制相对分散，配置灵活、组态方便，同时是具有高可靠性的实用系统。 用PC机+PLC组成控制系统时，PLC承担了现场控制站的工作，PC机承担操作站和工程师站的工作。在安装有PLC系统软件的PC机上可以离线（或在线）编辑PLC的控制程序（一般称为梯形图），控制程序下载到PLC后，PLC独立完成现场数据的采集、逻辑控制、模拟控制等。而操作站的各种功能都可以通过“实时监控软件”+“PC机”来实现，在安装有实时监控软件的PC机上可以方便对生产过程进行监控。

计算、图像处理、操作的方便程度、数据管理是上位机PC机的优势，对于过程控制是下位机PLC的优势，因而把二者的结合充分发挥二者的优势，具有一定的实际意义。另外通过来用模块化结构设计组态软件的使用又可方便地把二者结合构成完整可靠的控制系统，系统软件采用成熟的组态软件开发，使系统的开发、调试以及对系统功能的升级较为方便。另外生产数据的及时采集和开放性处理，能够完善生产管理，便于组成企业管理系统。 综合上述控制系统的各自特点，我们可以看出以太网和DCS控制系统开放性好，系统功能强大，对于大型控制系统具有绝对的优势。但是，工业以太网毕竟不是为工业控制系统专门开发的网络系统，它更适合于对实时性要求不很高的、纯粹的数据传输领域。即使在今天，某些厂商的改进产品使以太网越来越深入现场，但整体上看，面向控制领域的工业以太网还需要在技术上有重大的突破。

而对于DCS控制系统来说，由于各家的DCS系统为了抢占市场，在网络协议方面各自为政，不同厂家的系统之间基本上不能进行数据交换。系统的各个组成部分，如现场控制站、人机界面工作站、各类功能站及软件等都是各个DCS厂家的专有技术和产品。从用户的角度看，工业以太网和DCS系统都是一种购买成本、运行成本及维护成本都很高的控制系统。所以，一般中小型系统很少采用。

PLC+PC机控制系统的适用范围比较广泛，小到几十点大到上千点，系统构建非常灵活。随着PLC技术的发展，在工业生产过程中完全可以采用PLC+PC机控制系统来实现DCS系统的控制功能。与工业以太网和DCS系统相比，PLC+PC机控制系统开发周期短，投资成本低,在中小型控制系统中具有不可替代的优势，被广泛采用。PLC+PC机控制系统是一种性价比高的控制系统，所以在发油控制系统中我们选用PLC+PC机控制系统。

2.2油库自动发油控制系统总体设计

应用PLC技术、计算机通讯技术，组成具有结构开放的、组态灵活的、控制功能完善的、操作简单的现代化监控系统，提高生产自动化水平与管理水平，是本系统设计的宗旨。

2.2.1系统设计的原则

系统设计应以安全、可靠、实用和可扩展为原则进行设计，使系统具有先进性、完善性、灵活性等特点。

（1）提高控制系统的精度：系统精度是衡量系统好坏的重要标准，我们从系统软硬件两方面考虑，在硬件上选择性价比较高的设备，更重要是从软件设计上采用合理的控制算法来提高系统的精度。

（2）提高系统的自适应性：充分考虑应用系统的现场环境，及构成系统的设备的影响因素，采取自整定控制算法，提高系统的适应性。

（3）易操作性：系统的人机界面要有好，图形与文字双重显示，操作简单、方便。工作人员经过短时间的培训，就能够熟练操作。

（4）可靠性：油库自动化系统要求测量、传输数据准确，运行稳定，出现故障要有缓解措施，能够及时解救，快速恢复正常运行，在抗干扰性方面要有一定的措施，保证系统可靠运行。

（5）安全性：安全是油库中头等重要的事情，所以油库自动化系统需要严格考虑系统的安全性。采用必要的安全机制，保证系统的安全，达到油库防爆等。

（6）开放性：开放性是指在硬、软设备得互连上，系统升级、扩充和更新上，应用目标和功能变化上，以及在其他外界环境变化上 ，具有较强的适应能力。

2.2.2系统总体结构图

图 2-1 系统总体结构

Fig.2-1 General structure of system

图 2-2 发油现场示意图

Fig.2-2 Oil delivery field sketch map

2.2.3 系统功能的实现

（1）监控PC机：监控PC机主要用于系统组态、参数设置、自动化系统监测。其通过PPI电缆与PLC进行通讯，向PLC发送控制命令。

（2）现场控制：现场控制以PLC为核心。PLC通过接收上位机指令并对现场设备和仪表进行控制，同时PLC将采集的现场信号，经分析处理后通过RS485总线传到上位机，为上位机数据分析和状态显示提供依据。

（3）数据显示：为了方便客户和现场操作人员及时了解发油信息，在现场设置大屏幕显示器。大屏幕显示器实时显示现场发油信息，如发油量、油品温度、油品号、发油时间等。

（4）静电接地：发油前，工作人员接好静电接地。如果未接静电接地或没接好，系统发出语音报警提示，并禁止发油。发油完毕，工作人员将静电接地放回原位，如果静电接地未摘除，系统发出语音报警提示，并且车栏杆不动作，禁止油罐车离开鹤位。

（5）溢油保护：将溢油保护装置安在鹤管上，当鹤管进入油罐口时，溢油保护装置位于油罐口处，进行油位检测。当油位超过指定位置，系统发出报警提示，并且停止发油。