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【摘 要】烟台泰山石化港口发展有限公司目前在烟台港西港区进行液化油品公共储罐区、专业码头及配套公共工程项目的建设中采用DCS控制系统为上述灌区、码头各系统配套的、已管控一体为目标的综合控制系统，可以准确、实时地掌握灌区和码头的重要生产数据，如各灌区的液位、温度、体积和质量等信息，减轻人工劳动强度，确保灌区的安全运行，防止意外事故的发生，实现对工艺流程的有效管理。
【关键词】油品码头；DCS控制系统；PLC控制；设计
现在工业生产设备越来越精密、复杂，传统的人工控制、测量、维护不仅造成了大量的体力劳动，出错几率也大幅提高，因此不能满足生产需求。如何能在实现节约人力，提高生产效率的情况下，同时保证生产的准确性成为各种自动化控制系统设计的重要目标。基于PLC控制的码头输油控制系统实施后，能大幅度减轻人工劳动，确保灌区的安全运行，高效管理工艺流程，还可以减少石油的损耗，使管理效益最大化。并且，这种自控系统操作维护方便，可以快速定位故障模块，维修方便，替代工人在恶劣的环境工作，具有很高的可靠性。
1 设计原则
基于PLC的码头输油控制系统，编写一个满足各种控制操作的PLC程序，提供一个功能完善的人机操作界面，在监测罐区/码头关注的液位、温度、压力、流量及设备运行状态信息等实时数据基础上[1]，控制中心的管理软件进一步分析，结合企业生产特点对这些数据进行整合与应用，为企业提供一套完善、实用的生产管理辅助工具，该控制系统应该具有以下的原则：
（1）高安全性原则。重点考虑了现场布置的远程I/O站的防爆、防火、防雷、防静电要求，以及通讯总线的安全性能。
（2）管控一体化原则。
（3）系统不但能正确记录各采集数据，同时对于故障参数应具备“事故追忆”功能。
（4）方便扩展与互连原则。系统硬件、软件均均采用开放的系统架构，方便软硬件的升级及扩容。
（5）操作维护方便原则。
2 系统分析与设计
软件是集组态、监控、控制于一体东方英达康的InduView SCADA/HMI。采用无限I/O点配置，开发版与运行版共用，带Web server。PLC与INDUVIEW数据转换软件 OPC fert。PLC用西门子 STEP7编写。
2.1 系统功能要求
罐区自动控制系统采用DCS完成对罐区数据的采集、处理、控制、计量管理[2]，为上述罐区、码头各系统配套的、以管控一体为目标的综合控制系统，可以准确、及时地掌握罐区和码头的重要生产数据，如各罐内的液位、温度、体积和质量等信息，减轻人工劳动强度，确保罐区的安全运行，防止意外事故的发生，实现对工艺流程的有效管理。
从上到下分为三层依次是：控制中心、控制站、本地/远程IO（RTU）[3]。
2.2系统设计
根据码头输油控制系统的功能和要求，可分为以下几个功能模块：
2.2.1 PLC功能模块
PLC功能模块主要分为PLC基站建设、PLC程序编译、PLC与上位机通讯。
PLC基站建设：搭建PLC硬件平台、连接各I/O点、PLC硬冗余。
PLC程序编译：编写的PLC程序能实现控制的要求。
PLC与上位机通讯：PLC将所采集的数据或下发的控制指令与上位机互通，实现与上位机的通讯。
2.2.2 系统流程图
数据采集功能主要实现对罐区需要监控的液位、温度、压力、流量及设备运行状态的数据进行现场采集，传输到罐区中心控制系统中，在DCS控制系统中按照需要进行分类或分畫面显示，从而实现对现场运行数据的监控。具体的数据包括所有储罐液位、温度；工艺管线温度、压力、流量；工艺机泵运行状态，机泵流量、电机电流、出口压力、轴承温度等；电伴热系统运行情况；码头装船、码头卸船流量，汽车装车流量、汽车卸车流量等；罐区及码头可燃气体报警仪；电子地衡数据采集；公用工程系统包括水、电、气、汽、风等管线温度、压力、流量数据的采集与监控等。流程图如下所示：
2.2.3 PLC与上位机的通讯
PLC主要依靠 Opc Fert完成同上位机的通讯 。PLC首先把数据上送至opc fert中，opcfert再将PLC数据通过转换后按照一定的顺序送至induview数据库中。然后induview 软件从数据库中调用数据，监控PLC所采集数据并可以作出相应控制指令。
2.3 功能模块实现
2.3.1 控制阀PLC程序编程
用到的阀门有6路输入信号，分别是阀门远程信号、阀门就地信号、阀门关到位信号、阀门开到位信号、阀门开过力矩信号、阀门关过力矩信号。2路输出信号，为阀门关阀、阀门开阀。程序略。
（1）实时监控包括：
罐区实时监控：主要监控各罐的温度、压力、液位、储量和进出料次数和各次进出料量；
消防水站监控：监控消防泵的压力、消防泵的电流、电压、启停次数等泊位 使用状况监控：主要监控各泊位使用状况如各泊位是备用、装车、故障 待修、正在维修等状况；
变配电监控：主要监控各用电单位用电量和电力指标如电压、电流、有功、无功等参数。详细如下：所有储罐液位、温度、压力（化工品带氮封的储罐，显示氮封压力）；燃料油、汽油、柴油管线温度、压力；机泵运行情况（电机电流、出口压力、轴承温度、电机温度、运行状态、故障状态）；汽车定量装车仪流量等的相关参数；燃料油、汽油、柴油码头装船流量；燃料油码头管线水分检测仪数据；罐区区域可燃气体报警仪数据采集；空压站相关参数：空压机、制氮机运行状况，排气压力；消防主管线压力、消防水池水位参数、消防水泵及稳压泵运行状态；装车区、进出罐工艺管线上等紧急切断阀、电动阀门的开、关信号与状态。 （2）控制功能：定量装车控制：独立控制系统，实现现场控制与远程控制；电动阀门开关控制：在控制室实现对系统主要电动阀门的开关实现远程控制；机泵远程操作控制：紧急状态下在控制室实现远程开、停泵；储罐高高液位报警时，联锁关闭相应储罐的进料阀门并报警。
（3）报警显示功能：贮罐在静止状态下，液位异常波动10mm以上，进行声光报警提示；机泵启动和停机的声光报警；现场所有电动阀开关动作能跳出报警提示画面；可燃气体报警提示功能；储罐高液位、低液位的报警功能；流量计运行的提示、报警功能；水分分析仪数据异常的提示、报警功能；电伴热温度异常时的报警提示功能；搅拌器开停的提示报警功能；具有历史报警记录的查询功能等。
（4）联锁控制功能：储罐液位高高联锁关阀；机泵出口压力异常時联锁停泵；其他联锁功能。
（5）系统监控画面显示：罐区监控总览画面，码头总览画面，罐区码头综合总揽画面；罐区工艺PID流程图：分罐组显示。设置修改权限；工艺指标（储罐及管线的液位、温度、压力、流量等指标，其他运行指标）卡片画面，设置修改权限；公司下达的生产作业通知的画面，设置修改权限；生产作业计划画面，设置修改权限；公用工程（污水处理、空压站、制氮机、锅炉房、电伴热等）流程图画面，设置修改权限；系统报警画面；设备运行画面；历史趋势图查询画面；储罐报表生成画面：计量数据生成计量报表。
（6）系统报表生成及打印功能：液位、温度、压力、流量即时监控参数、数据打印；报警记录打印；生产报权限修改和打印；对外交接单据打印；计量瞬时报表生成；计量日盘库、月度盘库、年度盘库报表生成；计量对外交接报表生成及打印；共用工程使用及能耗物耗分析报表生成及打印。
2.3.2 WEB服务器访问实时数据
（1）外网访问WEB服务器，要求读取实时数据；
（2）物理隔离外网端口接收来自WEB服务器的连接请求，按预设规则检查数据包地址和端口，对非法数据包记录后，切断连接，只维护合法连接。
（3）物理隔离中止外网连接，请求与内网的TCP/IP连接，剥离数据包头，应用层控制检查应用层标记，将干净、合法数据转发给传送系统。
（4）传送系统切换网络连接，断开外网，连接内网，将数据转发给内网端口。
（5）如果需要，内网端口进行客户身份认证；然后将数据重新打包，向SCADA服务器发出请求。
（6）实时数据送给给物理隔离内网端口，内网端口再将数据转发给外网端口，返回WEB服务器，数据提交给外网用户。
3 系统运行总结
通过对本系统的全面调试，PLC控制系统很好的完成了码头的输油控制，对管道的压力、温度、流量等数据采集准确。与上位机通讯正确，控制站发出的控制指令很准确、快速的的得到响应，采集到的数据准确无误的显示在组态控制界面。最终实现了码头的自动化控制，大大提高了生产效率，保证了生产安全。
参考文献
[1]桑海泉.石油化工码头安全监控系统研究[J].中国安全生产科学技术，2008，4：23-24.
[2]刘树成.MACSⅢ系统在油品罐区监控系统的实现[J].自动化博览，2006，6：17-20.
[3]申则雄.联合站SCADA系统的设计.[J].油气田地面工程，2006，8：31-33.
【关键词】油品码头；DCS控制系统；PLC控制；设计
现在工业生产设备越来越精密、复杂，传统的人工控制、测量、维护不仅造成了大量的体力劳动，出错几率也大幅提高，因此不能满足生产需求。如何能在实现节约人力，提高生产效率的情况下，同时保证生产的准确性成为各种自动化控制系统设计的重要目标。基于PLC控制的码头输油控制系统实施后，能大幅度减轻人工劳动，确保灌区的安全运行，高效管理工艺流程，还可以减少石油的损耗，使管理效益最大化。并且，这种自控系统操作维护方便，可以快速定位故障模块，维修方便，替代工人在恶劣的环境工作，具有很高的可靠性。
1 设计原则
基于PLC的码头输油控制系统，编写一个满足各种控制操作的PLC程序，提供一个功能完善的人机操作界面，在监测罐区/码头关注的液位、温度、压力、流量及设备运行状态信息等实时数据基础上[1]，控制中心的管理软件进一步分析，结合企业生产特点对这些数据进行整合与应用，为企业提供一套完善、实用的生产管理辅助工具，该控制系统应该具有以下的原则：
（1）高安全性原则。重点考虑了现场布置的远程I/O站的防爆、防火、防雷、防静电要求，以及通讯总线的安全性能。
（2）管控一体化原则。
（3）系统不但能正确记录各采集数据，同时对于故障参数应具备“事故追忆”功能。
（4）方便扩展与互连原则。系统硬件、软件均均采用开放的系统架构，方便软硬件的升级及扩容。
（5）操作维护方便原则。
2 系统分析与设计
软件是集组态、监控、控制于一体东方英达康的InduView SCADA/HMI。采用无限I/O点配置，开发版与运行版共用，带Web server。PLC与INDUVIEW数据转换软件 OPC fert。PLC用西门子 STEP7编写。
2.1 系统功能要求
罐区自动控制系统采用DCS完成对罐区数据的采集、处理、控制、计量管理[2]，为上述罐区、码头各系统配套的、以管控一体为目标的综合控制系统，可以准确、及时地掌握罐区和码头的重要生产数据，如各罐内的液位、温度、体积和质量等信息，减轻人工劳动强度，确保罐区的安全运行，防止意外事故的发生，实现对工艺流程的有效管理。
从上到下分为三层依次是：控制中心、控制站、本地/远程IO（RTU）[3]。
2.2系统设计
根据码头输油控制系统的功能和要求，可分为以下几个功能模块：
2.2.1 PLC功能模块
PLC功能模块主要分为PLC基站建设、PLC程序编译、PLC与上位机通讯。
PLC基站建设：搭建PLC硬件平台、连接各I/O点、PLC硬冗余。
PLC程序编译：编写的PLC程序能实现控制的要求。
PLC与上位机通讯：PLC将所采集的数据或下发的控制指令与上位机互通，实现与上位机的通讯。
2.2.2 系统流程图
数据采集功能主要实现对罐区需要监控的液位、温度、压力、流量及设备运行状态的数据进行现场采集，传输到罐区中心控制系统中，在DCS控制系统中按照需要进行分类或分畫面显示，从而实现对现场运行数据的监控。具体的数据包括所有储罐液位、温度；工艺管线温度、压力、流量；工艺机泵运行状态，机泵流量、电机电流、出口压力、轴承温度等；电伴热系统运行情况；码头装船、码头卸船流量，汽车装车流量、汽车卸车流量等；罐区及码头可燃气体报警仪；电子地衡数据采集；公用工程系统包括水、电、气、汽、风等管线温度、压力、流量数据的采集与监控等。流程图如下所示：
2.2.3 PLC与上位机的通讯
PLC主要依靠 Opc Fert完成同上位机的通讯 。PLC首先把数据上送至opc fert中，opcfert再将PLC数据通过转换后按照一定的顺序送至induview数据库中。然后induview 软件从数据库中调用数据，监控PLC所采集数据并可以作出相应控制指令。
2.3 功能模块实现
2.3.1 控制阀PLC程序编程
用到的阀门有6路输入信号，分别是阀门远程信号、阀门就地信号、阀门关到位信号、阀门开到位信号、阀门开过力矩信号、阀门关过力矩信号。2路输出信号，为阀门关阀、阀门开阀。程序略。
（1）实时监控包括：
罐区实时监控：主要监控各罐的温度、压力、液位、储量和进出料次数和各次进出料量；
消防水站监控：监控消防泵的压力、消防泵的电流、电压、启停次数等泊位 使用状况监控：主要监控各泊位使用状况如各泊位是备用、装车、故障 待修、正在维修等状况；
变配电监控：主要监控各用电单位用电量和电力指标如电压、电流、有功、无功等参数。详细如下：所有储罐液位、温度、压力（化工品带氮封的储罐，显示氮封压力）；燃料油、汽油、柴油管线温度、压力；机泵运行情况（电机电流、出口压力、轴承温度、电机温度、运行状态、故障状态）；汽车定量装车仪流量等的相关参数；燃料油、汽油、柴油码头装船流量；燃料油码头管线水分检测仪数据；罐区区域可燃气体报警仪数据采集；空压站相关参数：空压机、制氮机运行状况，排气压力；消防主管线压力、消防水池水位参数、消防水泵及稳压泵运行状态；装车区、进出罐工艺管线上等紧急切断阀、电动阀门的开、关信号与状态。 （2）控制功能：定量装车控制：独立控制系统，实现现场控制与远程控制；电动阀门开关控制：在控制室实现对系统主要电动阀门的开关实现远程控制；机泵远程操作控制：紧急状态下在控制室实现远程开、停泵；储罐高高液位报警时，联锁关闭相应储罐的进料阀门并报警。
（3）报警显示功能：贮罐在静止状态下，液位异常波动10mm以上，进行声光报警提示；机泵启动和停机的声光报警；现场所有电动阀开关动作能跳出报警提示画面；可燃气体报警提示功能；储罐高液位、低液位的报警功能；流量计运行的提示、报警功能；水分分析仪数据异常的提示、报警功能；电伴热温度异常时的报警提示功能；搅拌器开停的提示报警功能；具有历史报警记录的查询功能等。
（4）联锁控制功能：储罐液位高高联锁关阀；机泵出口压力异常時联锁停泵；其他联锁功能。
（5）系统监控画面显示：罐区监控总览画面，码头总览画面，罐区码头综合总揽画面；罐区工艺PID流程图：分罐组显示。设置修改权限；工艺指标（储罐及管线的液位、温度、压力、流量等指标，其他运行指标）卡片画面，设置修改权限；公司下达的生产作业通知的画面，设置修改权限；生产作业计划画面，设置修改权限；公用工程（污水处理、空压站、制氮机、锅炉房、电伴热等）流程图画面，设置修改权限；系统报警画面；设备运行画面；历史趋势图查询画面；储罐报表生成画面：计量数据生成计量报表。
（6）系统报表生成及打印功能：液位、温度、压力、流量即时监控参数、数据打印；报警记录打印；生产报权限修改和打印；对外交接单据打印；计量瞬时报表生成；计量日盘库、月度盘库、年度盘库报表生成；计量对外交接报表生成及打印；共用工程使用及能耗物耗分析报表生成及打印。
2.3.2 WEB服务器访问实时数据
（1）外网访问WEB服务器，要求读取实时数据；
（2）物理隔离外网端口接收来自WEB服务器的连接请求，按预设规则检查数据包地址和端口，对非法数据包记录后，切断连接，只维护合法连接。
（3）物理隔离中止外网连接，请求与内网的TCP/IP连接，剥离数据包头，应用层控制检查应用层标记，将干净、合法数据转发给传送系统。
（4）传送系统切换网络连接，断开外网，连接内网，将数据转发给内网端口。
（5）如果需要，内网端口进行客户身份认证；然后将数据重新打包，向SCADA服务器发出请求。
（6）实时数据送给给物理隔离内网端口，内网端口再将数据转发给外网端口，返回WEB服务器，数据提交给外网用户。
3 系统运行总结
通过对本系统的全面调试，PLC控制系统很好的完成了码头的输油控制，对管道的压力、温度、流量等数据采集准确。与上位机通讯正确，控制站发出的控制指令很准确、快速的的得到响应，采集到的数据准确无误的显示在组态控制界面。最终实现了码头的自动化控制，大大提高了生产效率，保证了生产安全。
参考文献
[1]桑海泉.石油化工码头安全监控系统研究[J].中国安全生产科学技术，2008，4：23-24.
[2]刘树成.MACSⅢ系统在油品罐区监控系统的实现[J].自动化博览，2006，6：17-20.
[3]申则雄.联合站SCADA系统的设计.[J].油气田地面工程，2006，8：31-33.