國產集散控制系統在石化罐區的應用

摘要：本文以中石化某大型罐區項目為例，對罐區的數據監控與任務調度問題進行了深入的剖析。首先分析了罐區自動化解決方案的系統架構，然后對碼頭調度、汽車裝卸車、火車裝卸車各子系統的功能進行了詳細的描述，最后是任務管理功能，完成對各種任務的監控報警管理及歷史記錄、查詢。該項目順利實施，實現了罐區的全自動化操作及流程管理，極大的提高了操作人員的效率和企業管理水平。

1、概述

為了適應市場變化、參與國際競爭，國內石化罐區行業積極應用自動化、信息化技術來提高安全管理水平、提升生產管理能力、優化信息管理及流程調度，以提高企業經濟效益。以下以中石化某大型罐區（擁有儲罐80座，庫容34萬立方米，可儲存多達63個品種的油品及化工品，年吞吐量達250萬噸，是集油化品倉儲、化工碼頭、精密物流操作為一體的綜合型罐區。）項目為例，簡單介紹UW500集散控制系統在石化罐區的應用解決方案。

2、功能介紹

2．1系統架構

石化罐區自動化系統的總體架構采用分布式多層結構，一般分為3層：現場采集層、罐區監控及罐容計算層和信息管理及流程調度層?，F場采集層是實現系統功能的基礎，主要由儀表設備、開關、控制設備組成，主要完成對現場各種數據和信號的采集。罐區監控及罐容計算層是整個石化罐區自動化系統的核心，負責對采集到的數據和信號進行分類處理、統計分析、記錄存儲，同時據此完成各種生產過程的控制操作，如發油監控、車輛調度、門禁控制、IC卡管理、油罐監控、作業監控、油品工藝自動控制、消防工藝自動控制、安防報警聯動、消防報警聯動等。信息管理及流程調度層主要包括石化罐區管理信息系統、公司ERP系統、二次物料系統、調度指揮系統等上級信息化系統。

圖1 罐區整體解決方案架構

2.2碼頭調度

碼頭調度系統處理船運信息的管理和自動安排船靠岸碼頭的計劃。碼頭調度系統可以遠程通過WEB登錄，船運公司可以在船到來之前在系統上注冊船的信息，用戶可以在網絡上查看船被分配的?？看a頭及裝卸船的計劃安排。碼頭調度系統除了支持B/S結構，還有C/S結構的客戶端。在客戶端上有船運計劃總覽、船運計劃調整、參數調整、歷史計劃查詢、碼頭調度報表等功能。財務部門還可以在系統上生成港口日報、年報等財務報表。

圖2 碼頭調度總覽

船運計劃用甘特圖表示，主要由船名和各種顏色的橫條組成。

圖3 船運計劃橫條

船名有五種不同顏色，表示船的五種不同狀態。

黑色：表示船還沒有通過檢查。

綠色：表示船通過了檢查，但是計劃人員還沒有通知客戶船的計劃安排。

紅色：表示船的工作計劃安排通過了客戶的確認。

灰色：表示船已經離岸。

藍色：表示船靠岸被拒絕。

不同顏色的橫條表示不同的工作進度。

灰色：等待時間段。

黃色：處理文檔時間段。

綠色：化驗時間段。

紅色：裝卸船時間段。

藍色：領航時間段。

圖4 某時間點的碼頭計劃安排

2.3 汽車裝卸車

汽車裝卸車系統主要由管理系統部分、控制系統部分組成，功能如下：

管理系統 主要提供各種管理功能。它包含訂單管理，相關信息存儲，及操作數據處理和安全管理，報表管理等功能，它由服務器端和客戶端組成，訂單數據由它下載給控制系統，并從控制系統讀取最終數據并存入數據庫中。它可提供ERP接口，相關訂單信息可以直接通過ERP傳給服務器。

控制系統 主要提供各種控制功能。在操作站上可對整個汽車和火車的定量裝車的工藝參數和現場泵、流量計、閥、液位開關、裝車鶴管等設備狀態進行數據采集、處理、存儲實行實時監視和控制，控制系統同時也可以通過標準的通訊協議與其它子系統集成，如稱重系統、讀卡器、批量控制器和ESD等子系統?？刂葡到y提供友好，靈活的人機交互界面。

子系統 它包含稱重系統、安全系統、批量控制器等。

現場設備 比如流量計、泵、閥、溫度、壓力儀表、液位開關、接地開關、鶴管位置開關、批量控制器等。

圖5 汽車裝車系統示意圖

汽車裝卸車系統主要由4個功能模塊組成，汽車衡的調度管理、裝卸車控制管理、訂單管理、汽車調度管理。

圖6 汽車衡的調度管理

汽車衡的調度管理主要完成進、出的汽車稱重的調度。汽車衡部分是汽車在罐區移動路徑的瓶頸，管理不善會造成汽車流動不暢，降低整個罐區汽車裝卸車系統的工作效率。同時，汽車衡作為汽車裝卸車貿易計量的主要手段，嚴格對稱重過程中的監控、檢查管理，可以避免不必要的損失，提升服務水平。

圖7 汽車裝卸車控制管理

在一張圖上對整個罐區的所有汽車裝卸車鶴位進行集中的監視管控，信息集中高效、操作簡便快捷，所有鶴位的進度、狀態、報警等信息一目了然，全部圖示化顯示，形象直觀。

圖8 汽車裝卸車訂單管理

汽車裝卸車訂單管理即有靜態的訂單信息（提貨單號、提貨量、時間等），又有對裝卸車流程中動態信息的檢查（基本信息核對、皮重過程數據核查、結束裝車數據核查等），訂單數據既完整，又正確。

圖9汽車調度管理

汽車調度管理保障了汽車在罐區移動的及時、快捷、安全，具有效率更高的鶴位分配功能、高效的司機通知功能，既整體上保證調度優化，又提升對個體的服務水平。

2.3 火車裝卸車

火車裝卸車系統主要由2個功能模塊組成，訂單管理和裝卸車控制管理。

圖10 火車裝卸車訂單管理

訂單管理根據火車編組情況，生成系列火車裝卸車任務，綜合考慮火車棧臺分布，支持一鍵操作智能完成所有裝卸車任務的下載。同時具有裝卸車流程管理，裝卸車狀態進度監控等功能。

圖11 火車裝卸車總覽

火車裝卸車總覽畫面可以集中監視、操作所有火車棧臺的裝卸車過程，進度、狀態、報警等信息全部圖示化顯示，形象直觀、操作簡便。

圖12 火車裝卸車鶴位監控

火車裝卸車鶴位監控畫面顯示詳細的鶴位裝卸細節，包括現場儀表、閥門、泵等設備信息，現場批控儀操作提示及信息監控，相應訂單詳細信息等。

2.4任務管理

完成罐區裝卸車、裝卸船、倒罐等任務的監控報警管理及歷史記錄、查詢。

圖13 罐區任務監控

操作區域主要分三部分：查詢、任務列表、操作。

查詢條件有：罐號、任務類型、任務狀態、任務創建時間。查詢動作有：查詢、查詢條件重置。

任務列表部分顯示根據查詢條件得到的所有任務清單，顯示任務的罐號、類型、任務狀態、液位及報警相關信息、時間信息（創建、開始、結束、運行）等。任務較多時，自動分頁顯示。

可以對任務進行【添加】、【查看】、【修改】、【刪除】、【更正報警液位】、【啟動】、【結束】操作。

2.5監控管理

監控管理部分完成罐區主要數據的監控、存儲、查詢及導出等功能，主要包括實時罐容、歷史罐容、可燃氣數據、輔助設備數據。

圖14 實時罐區罐容

圖15 可燃氣體監視

罐區液位、界面、溫度測量儀表采用磁致伸縮型液位儀(可根據情況選擇其它種類液位儀)，罐區儀表匯總通過系統總線進入監控開票室監控管理系統計算機。在罐區監控計算機上，監控軟件完成對數據采集、處理。

罐區監控管理將實現如下功能：

• 油罐油品存儲狀況的直觀圖形顯示

• 快速及時反映油庫工藝參數實時值

• 準確反映某階段內工藝參數的平均值以及變化趨勢

• 提供液位、水位界面高低報警信號

• 提供油罐液位、水位界面工藝參數報警設置功能

• 自動計算罐內油品體積或質量；提供油罐液位異常報警功能

• 可完成報表統計或打印

• 具有報警分級處理以及報警記錄功能

• 系統報警上/下限報警參數設置

系統的監測參數及顯示如下：

• 油罐液位實時值，儲罐油品容積(質量)

• 罐內水位界面實時值

• 罐內油品溫度實時值

系統監測參數超限報警信息發布：

• 油罐液位上限和下限及水位上限超限報警

混合法罐容計算原料如下圖：

圖16 罐容計算原理

2.6操作跟蹤

操作跟蹤主要監控記錄對罐區泵、閥、連鎖的人工操作、運行狀態改變或連鎖設置的改變，方便對罐區主要任務操作或設備狀態的追蹤和查詢。包括泵啟停、泵故障、泵操作、閥門操作、閥門響應、音叉連鎖六部分。

3、小結

該項目的順利實施完成，實現了石化罐區的全自動化操作及流程管理，極大的提高了操作人員的效率和企業管理水平。