摘 要：專門針對危險區(qū)域設計的GE Fanuc MTL MOST開放式控制系統(tǒng)可直接安裝于裝置現(xiàn)場危險區(qū)域，本文介紹了GE Fanuc MOST控制系統(tǒng)的特點及其在油碼頭中的應用。 關鍵詞：碼頭，危險區(qū)域，本質安全，控制系統(tǒng)，浪涌保護器

GE Fanuc MOST Control System and Application In Oil Dock

Abstract: GE Fanuc MTL MOST open control system is designed to directly installed in dangerous area. This article introduces the features and application in oil dock of GE Fanuc MOST control system. Keywords: oil dock, dangerous area, intrinsic safety, control system 1. 引言 　　海南煉化30萬噸級原油碼頭和10萬噸級成品油碼頭由1個原油泊位和4個成品油泊位組成，是目前國內規(guī)模最大，技術水平最高的輸油碼頭，承擔了海南煉化原材料輸入和最終產品輸出的任務。輸油碼頭屬于危險防爆2區(qū)裝置，設備分布非常分散，主要控制的對象有溫度、壓力、流量、閥門等，這就要求其控制方案必須有一套完善的控制、聯(lián)鎖、報警和急停系統(tǒng)去完成工藝參數(shù)的采集與監(jiān)控。 　　海南煉化在新建油品碼頭過程中，針對裝置的防火防爆要求，以及設備分布較分散，控制對象要求較高等情況，選用了GE Fanuc公司的MOST開放式控制系統(tǒng)，收到控制效果好、精度高和投資省的較好結果，滿足了海南煉化油口碼頭的生產要求。 2. 控制系統(tǒng)硬件配置設計 　　海南煉化原油和成品油碼頭各自采用獨立的控制系統(tǒng)，共由5個現(xiàn)場控制站組成。其中原油碼頭占用2個控制站，成品油碼頭占用3個控制站，原油和成品油碼頭控制室各設1個操作站和1個工程師站組成?？刂普九c操作站相互之間采用百兆級冗余以太網(wǎng)連接，組成一個完整的控制系統(tǒng)，如圖1所示。 　　2.1控制站 　　原油碼頭控制系統(tǒng)中包括2個控制站、1臺操作站、1臺工程師站兼操作員站。其中1#控制站放置在1#原油泊位現(xiàn)場控制室內，原油引橋控制站則直接放置在距離控制室兩千米左右的裝置現(xiàn)場，因此對硬件系統(tǒng)的防爆性能、通訊系統(tǒng)、工作范圍、可靠性、魯棒性以及防腐蝕能力要求較高。每個控制站均采用冗余控制器、冗余電源、冗余網(wǎng)絡的原則進行配置，其中1#控制站由4個電源模塊、2個控制器、24個I/O模塊組成，原油引橋控制站由2個電源模塊、2個控制器、8個I/O模塊組成。 　　成品油碼頭控制系統(tǒng)中包括3個控制站、1臺操作站、1臺工程師站兼操作員站。其中2#泊位控制站放置在2#泊位現(xiàn)場控制室內，4#泊位控制站放置在4#泊位控制室成品油碼頭控制系統(tǒng)中包括3個控制站、1臺操作站、1臺工程師站兼操作員站。其中2#泊位控制站放置在2#泊位現(xiàn)場控制室內，4#泊位控制站放置在4#泊位控制室小、2個控制器、24個I/O模塊組成，4#泊位控制站由2個電源模塊、2個控制器、60個I/O模塊組成，消防泵房控制站由2個電源模塊、2個控制器、16個I/O模塊組成。 　　其中原油碼頭1#泊位控制站與成品油碼頭2#泊位控制站提供冗余的Modbus接口與海南煉化罐區(qū)DCS系統(tǒng)進行通訊，便于罐區(qū)操作人員及時掌握碼頭生產操作的運行狀態(tài)。 　　成品油碼頭裝船時需要對油品進行計量，因此對計量系統(tǒng)的要求非常高，因此2#泊位控制站和4#泊位控制站除了接收現(xiàn)場質量流量計的4～20mA瞬時流量信號，同時提供冗余的Modbus接口與質量流量計進行RS485通訊，接收瞬時流量、密度、累積量等信息。正常情況下以通訊值為準，通訊中斷時以4～20mA信號為準，實現(xiàn)多方案對油口輸出裝船計量進行監(jiān)控。 　　2.2 控制器 　　根據(jù)碼頭裝置生產的特點，CPU模塊選擇了MOST混合控制器，該控制器具有高度靈活的數(shù)據(jù)采集輸入輸出和控制功能，可實現(xiàn)常規(guī)控制、邏輯控制和順序控制?？刂破鞑捎?66MHz 32位微處理器，25M內存，雙以太網(wǎng)和雙串行通訊接口，支持API、現(xiàn)場總線、ModBus、HART、點對點通訊以及OPC，可以實現(xiàn)冗余配置，可直接安裝在危險2區(qū)。一個控制器最多可安裝64個I/O模塊，支持熱插拔。雙路電源供電。 　　冗余控制器配置中，冗余控制器互為備用，同步接收輸入信號數(shù)據(jù)，同步執(zhí)行控制計算，同時互相傳送計算結果。當一個控制器監(jiān)測到錯誤時，無故障的控制器可以立刻接著進行控制，實現(xiàn)無擾動切換。 　　2.3 IO模塊 　　MOST系統(tǒng)的電源、控制器和I/O模塊可以直接安裝危險2區(qū)，部分I/O模塊內置本質安全型安全柵，無需額外安裝安全柵，通道隔離、監(jiān)測以及LED指示，支持多種信號類型，支持在線熱插拔。模擬量輸入A/D轉換分辨率達到16位，模擬量輸出A/D轉換分辨率達到12位，能夠對現(xiàn)場回路進行檢測，內置輸入變量線性化、工程單位轉換、開平方濾波、報警及冷端溫度補償運算功能。IO卡件具備最快20ms模擬量調節(jié)功能，10ms數(shù)字量控制功能和1msSOE控制功能。 3. DCS系統(tǒng)軟件設計 　　MTL公司提供整個區(qū)域的系統(tǒng)軟件，主要包括MOST系統(tǒng)組態(tài)、控制策略軟件WorkBench和人機界面HMI軟件。 　　3.1 系統(tǒng)組態(tài)和控制軟件 　　系統(tǒng)使用Workbench進行系統(tǒng)硬件和控制策略的組態(tài)。整個控制軟件涵蓋了閥門控制回路、報警聯(lián)鎖回路、計量累積回路，馬達控制回路等全部的油品碼頭生產自控程序。 　　所有的回路控制和聯(lián)鎖功能在現(xiàn)場控制站獨立運行。通過控制站的網(wǎng)絡功能，控制站與控制室的操作站進行通訊聯(lián)系。操作人員的操作控制指令由操作站通過網(wǎng)絡下達至控制站。 　　3.2 人機界面軟件 　　操作站人機界面（HMI）軟件應是基于Windows XP操作系統(tǒng)的軟件?？梢詣?chuàng)建強大的、功能齊全的監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用Microsoft Windows的先進功能，包括ActiveX控件、OLE、圖形、網(wǎng)絡等。還可以通過添加自定義ActiveX控件、向導、常規(guī)對象、以及創(chuàng)建來擴充的功能。操作站人機界面（HMI）軟件主要完成實時監(jiān)控、歷史記錄，數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)報警及打印報表等重要功能。 　　采用高性能計算機作為監(jiān)控系統(tǒng)支撐硬件平臺，以Windows XP和組態(tài)軟件構成監(jiān)控系統(tǒng)運行平臺。提供友好的人機交互界面功能、圖形處理功能、報表處理功能、報警處理功能、查詢功能、用戶權限管理功能等。 　　3.3 文件資料 　　整個DCS系統(tǒng)文件資料包括：系統(tǒng)結構圖、系統(tǒng)配置圖、IO清單、機柜布置圖、電源分配圖、接線圖、控制回路圖、邏輯聯(lián)鎖圖等。 4. 控制系統(tǒng)實施 　　通過對DCS系統(tǒng)配置的審查，最終確定以上整體方案。DCS系統(tǒng)的組態(tài)、現(xiàn)場設備安裝、調試和投用過程大約花費了60個工作日。由于使用了Workbench的Strategy進行組態(tài)，整個組態(tài)過程相當方便、快捷。出錯率也相當?shù)?。整個系統(tǒng)一次開車成功。 5. 控制系統(tǒng)性能分析與改進 　　對于使用于防爆2區(qū)的控制系統(tǒng)，MOST控制系統(tǒng)相比其他廠商的DCS系統(tǒng)來說相對較便宜。其節(jié)省投資的部分主要來自于節(jié)省了危險/安全區(qū)安全柵的設備投資。其次，由于控制站可以安裝在控制現(xiàn)場，一次儀表只須連接到現(xiàn)場控制站而非全部連接到中央控制室。這樣就節(jié)省了信號電纜，這對控制裝置分布較散、區(qū)域較大的控制系統(tǒng)來說，就顯得尤為重要，可節(jié)省大量的電纜投資。碼頭裝置屬于典型的分散性裝置 　　原油碼頭和成品油碼頭控制系統(tǒng)自2006年7月開始投入運行，運行情況良好。迄今為止，DCS系統(tǒng)已經(jīng)安全、無故障運行長達16000小時。其間經(jīng)歷了一個夏季高溫的考驗。在夏季高溫時期，機柜內部最高溫度62℃。經(jīng)過三個夏季的考驗，證明MOST系統(tǒng)可耐較高的氣溫。沒有發(fā)生過控制器因高溫而中止運行或復位重啟等故障現(xiàn)象。 　　MOST系統(tǒng)的硬件結構簡潔，安裝方便，接線故障率少，可靠性較高。軟件的組態(tài)也較方便，花費時間少，維護方便、直觀。圖形化的編程方式給用戶的組態(tài)，調試和維護有很大的幫助。在線調試功能使監(jiān)控數(shù)據(jù)一目了然，方便查找編程錯誤。提供的功能模塊能滿足自控系統(tǒng)的要求，組態(tài)調用很方便。 　　目前碼頭控制系統(tǒng)只能夠實現(xiàn)單純的開關閥門，無法實現(xiàn)定量開閥和定量裝船?？梢詫⒚織l輸油管線的最后一個閥門改為調節(jié)閥，即可實現(xiàn)定量開閥和定量裝船。此外，整個碼頭的調度位于成品油碼頭，無法從操作站看到原油碼頭的實時信息。如果能夠將成品油和原油碼頭網(wǎng)絡連成一個網(wǎng)絡，就可以實現(xiàn)上述要求。但是由于兩個碼頭距離在八千米左右，光纜的成本會非常高。目前已有可以直接安裝在防爆2區(qū)的無線以太網(wǎng)交換機進入市場，可以選擇無線交換機實現(xiàn)兩個碼頭網(wǎng)絡的互聯(lián)。 6. 結束語 　　經(jīng)過近三年的運行，MOST系統(tǒng)在碼頭生產監(jiān)控中扮演了重要角色，滿足了高溫、高壓、高危險介質的控制要求，為今后油碼頭裝置的建設和生產積累了寶貴經(jīng)驗。 參考文獻： 　　1、陸德民，張振基，黃步余等. 石油化工自動控制設計手冊. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2001. 160～196 　　2、樂嘉謙. 儀表工手冊. 北京: 化學工業(yè)出版社, 1998. 410～468