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油庫發(fā)油系統總體設計(一)
2油庫發(fā)油系統總體設計
2.1控制系統方案設計
2.1.1控制系統的幾種主要形式
（1）工業(yè)以太網
所謂工業(yè)以太網，是指技術上與商用以太網（即IEEE802.3標準）兼容，但在產品設計時，在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性等方面能滿足工業(yè)現場需要的以太網絡。以太網由于其開放性好、應用廣泛以及價格低廉等特點,在工業(yè)控制領域已經開始得到了大規(guī)模的應用。傳統的控制系統在信息層大都采用以太網,而在控制層和設備層一般采用不同的現場總線或其他專用網絡。隨著以太網的不斷發(fā)展與完善,以太網已經滲透到了控制層和設備層,幾乎所有的PLC和遠程I/O供應商都能提供支持TCP/IP的以太網接口產品。該系統應用在中小型控制系統中有替代基于現場總線的控制系統的趨勢。對于大型控制系統,由于其結構和控制功能復雜、實時性和可靠性要求更高,構建基于工業(yè)以太網的控制系統目前存在著一定的技術難點。
（2）集散控制系統
集散控制系統(Distributed Control System)以大系統理論為指導，以先進的四C(Computer,Control,Communication,CRT)技術為物質基礎，采用危險分散的系統設計思想進行設計。集散控制系統將控制功能分散化、管理操作功能高度集中化，吸收了模擬控制儀表的特點而發(fā)展起來的一種新型數字綜合控制系統[3]。
DCS分為三大部分，帶I/O板的控制器、通訊網絡和人機界面（HMI）�？刂破魇荄CS的核心部件，它相當于一臺PC機。有的DCS的控制器本身就是PC機。它主要有CPU、RAM、ROM等芯片，還有兩個接口，一個向下接收I/O總線來的信號，另一個接口是向上把信號送到網絡上與人機界面相連。控制器中安裝有操作系統功能塊、組態(tài)軟件和通訊軟件。
通訊網絡把過程站和人機界面連成一個系統。通訊網絡有幾種不同的結構形式。如總線形、環(huán)形和星形�？偩�形在邏輯上也是環(huán)形的。星形的只適用于小系統。不論是環(huán)形還是總線形，一般都采用廣播式。其它一些協議方式已用的較少。
集散控制系統以微型計算機作為過程控制工具，完成連續(xù)控制和順序控制功能。用上位計算機實行數據處理、監(jiān)視、控制。采用CRT(操作站)圖像和操作站為中心的人機聯系裝置實現集中顯示和操作，用數據通信電纜將各設備聯系起來。概括地說，集散控制系統是將控制功能分散開來，構成一些以微型計算機為中心的子系統，然后用上位計算機來管理(監(jiān)視、操作)這些子系統。
DCS采用標準化、模塊化和系列化的設計，它具有以通訊網絡為紐帶的集中顯示的特點，而操作管理、控制相對分散，配置靈活、組態(tài)方便，同時是具有高可靠性的實用系統。
（3）PLC+PC機控制系統PLC由繼電器邏輯控制系統發(fā)展而來，所以它在數字處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢，初期主要側重于開關量順序控制方面。隨著8位、16位、32位微處理器的應用，使它在技術和功能上發(fā)生了飛躍，在初期邏輯運算功能的基礎上增加了數值運算、閉環(huán)調節(jié)、通信等功能，特別是通信功能的增強，實現了PLC與上位計算機之間連接成網絡，構成上下位機的控制系統。
用PC機+PLC組成控制系統時，PLC承擔了現場控制站的工作，PC機承擔操作站和工程師站的工作。在安裝有PLC系統軟件的PC機上可以離線（或在線）編輯PLC的控制程序（一般稱為梯形圖），控制程序下載到PLC后，PLC獨立完成現場數據的采集、邏輯控制、模擬控制等。而操作站的各種功能都可以通過“實時監(jiān)控軟件”+“PC機”來實現，在安裝有實時監(jiān)控軟件的PC機上可以方便對生產過程進行監(jiān)控。
計算、圖像處理、操作的方便程度、數據管理是上位機PC機的優(yōu)勢，對于過程控制是下位機PLC的優(yōu)勢，因而把二者的結合充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，具有一定的實際意義。另外通過來用模塊化結構設計組態(tài)軟件的使用又可方便地把二者結合構成完整可靠的控制系統，系統軟件采用成熟的組態(tài)軟件開發(fā)，使系統的開發(fā)、調試以及對系統功能的升級較為方便。另外生產數據的及時采集和開放性處理，能夠完善生產管理，便于組成企業(yè)管理系統。
2.1.2控制系統方案確定
綜合上述控制系統的各自特點，我們可以看出以太網和DCS控制系統開放性好，系統功能強大，對于大型控制系統具有絕對的優(yōu)勢。但是，工業(yè)以太網畢竟不是為工業(yè)控制系統專門開發(fā)的網絡系統，它更適合于對實時性要求不很高的、純粹的數據傳輸領域。即使在今天，某些廠商的改進產品使以太網越來越深入現場，但整體上看，面向控制領域的工業(yè)以太網還需要在技術上有重大的突破。
而對于DCS控制系統來說，由于各家的DCS系統為了搶占市場，在網絡協議方面各自為政，不同廠家的系統之間基本上不能進行數據交換。系統的各個組成部分，如現場控制站、人機界面工作站、各類功能站及軟件等都是各個DCS廠家的專有技術和產品。從用戶的角度看，工業(yè)以太網和DCS系統都是一種購買成本、運行成本及維護成本都很高的控制系統。所以，一般中小型系統很少采用。
PLC+PC機控制系統的適用范圍比較廣泛，小到幾十點大到上千點，系統構建非常靈活。隨著PLC技術的發(fā)展，在工業(yè)生產過程中完全可以采用PLC+PC機控制系統來實現DCS系統的控制功能。與工業(yè)以太網和DCS系統相比，PLC+PC機控制系統開發(fā)周期短，投資成本低,在中小型控制系統中具有不可替代的優(yōu)勢，被廣泛采用。PLC+PC機控制系統是一種性價比高的控制系統，所以在發(fā)油控制系統中我們選用PLC+PC機控制系統。
2.2油庫自動發(fā)油控制系統總體設計
應用PLC技術、計算機通訊技術，組成具有結構開放的、組態(tài)靈活的、控制功能完善的、操作簡單的現代化監(jiān)控系統，提高生產自動化水平與管理水平，是本系統設計的宗旨。
2.2.1系統設計的原則
系統設計應以安全、可靠、實用和可擴展為原則進行設計，使系統具有先進性、完善性、靈活性等特點。
（1）提高控制系統的精度：系統精度是衡量系統好壞的重要標準，我們從系統軟硬件兩方面考慮，在硬件上選擇性價比較高的設備，更重要是從軟件設計上采用合理的控制算法來提高系統的精度。
（2）提高系統的自適應性：充分考慮應用系統的現場環(huán)境，及構成系統的設備的影響因素，采取自整定控制算法，提高系統的適應性。
（3）易操作性：系統的人機界面要有好，圖形與文字雙重顯示，操作簡單、方便。工作人員經過短時間的培訓，就能夠熟練操作。
（4）可靠性：油庫自動化系統要求測量、傳輸數據準確，運行穩(wěn)定，出現故障要有緩解措施，能夠及時解救，快速恢復正常運行，在抗干擾性方面要有一定的措施，保證系統可靠運行。
（5）安全性：安全是油庫中頭等重要的事情，所以油庫自動化系統需要嚴格考慮系統的安全性。采用必要的安全機制，保證系統的安全，達到油庫防爆等。
（6）開放性：開放性是指在硬、軟設備得互連上，系統升級、擴充和更新上，應用目標和功能變化上，以及在其他外界環(huán)境變化上，具有較強的適應能力。
2.2.2系統總體結構圖
本文主要對于中小型油庫發(fā)油控制系統進行設計，采用PLC+PC機控制形式。系統總體結構如圖2-1所示。本系統分四層網絡模式：管理層、操作層、控制層和現場層。現場層由流量計、油泵、電液閥、溫度變送器等構成,發(fā)油現場示意圖見圖2-2；控制層以PLC為核心，PLC與PLC之間通過RS485總線進行連接；操作層由中央控制室的控制PC機和管理PC機構成；管理層由遠程油庫管理中心的PC機構成。
圖 2-1 系統總體結構
Fig.2-1 General structure of system
圖 2-2 發(fā)油現場示意圖
Fig.2-2 Oil delivery field sketch map
2.2.3 系統功能的實現
（1）監(jiān)控PC機：監(jiān)控PC機主要用于系統組態(tài)、參數設置、自動化系統監(jiān)測。其通過PPI電纜與PLC進行通訊，向PLC發(fā)送控制命令。
（2）現場控制：現場控制以PLC為核心。PLC通過接收上位機指令并對現場設備和儀表進行控制，同時PLC將采集的現場信號，經分析處理后通過RS485總線傳到上位機，為上位機數據分析和狀態(tài)顯示提供依據。
（3）數據顯示：為了方便客戶和現場操作人員及時了解發(fā)油信息，在現場設置大屏幕顯示器。大屏幕顯示器實時顯示現場發(fā)油信息，如發(fā)油量、油品溫度、油品號、發(fā)油時間等。
（4）靜電接地：發(fā)油前，工作人員接好靜電接地。如果未接靜電接地或沒接好，系統發(fā)出語音報警提示，并禁止發(fā)油。發(fā)油完畢，工作人員將靜電接地放回原位，如果靜電接地未摘除，系統發(fā)出語音報警提示，并且車欄桿不動作，禁止油罐車離開鶴位。
（5）溢油保護：將溢油保護裝置安在鶴管上，當鶴管進入油罐口時，溢油保護裝置位于油罐口處，進行油位檢測。當油位超過指定位置，系統發(fā)出報警提示，并且停止發(fā)油。
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