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   1 前言

    成品油油庫(kù)作為石油供應(yīng)鏈中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，廣泛利用信息化管理、自動(dòng)化控制來(lái)改善工作環(huán)境，提高工作效率和自身競(jìng)爭(zhēng)力。本文介紹某成品油油庫(kù)利用西門子S7-400H冗余PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)作業(yè)自動(dòng)化，降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了人為因素的參與，保證了庫(kù)區(qū)儲(chǔ)運(yùn)、銷售、安全平穩(wěn)進(jìn)行；提高了油庫(kù)生產(chǎn)效率和管理水平、降低了企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。實(shí)現(xiàn)了油庫(kù)成品油儲(chǔ)運(yùn)、作業(yè)控制、銷售和管理的一體化控制。

    2 系統(tǒng)功能

    整個(gè)油庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)中心控制室，現(xiàn)場(chǎng)主要設(shè)備及儀表的控制和信號(hào)電纜直接敷設(shè)到控制室。液位計(jì)、報(bào)警控制器、油氣回收系統(tǒng)等智能設(shè)備通過(guò)信號(hào)電纜接入S7-400H冗余PLC系統(tǒng)，或是進(jìn)入自己的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，如油氣回收系統(tǒng)采用獨(dú)立的PLC系統(tǒng)，S7-400H冗余PLC系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)其系統(tǒng)，將所有的數(shù)據(jù)整合到自動(dòng)化控制系統(tǒng)一個(gè)平臺(tái)上面，即WinCC上位機(jī)，通過(guò)冗余WinCC服務(wù)穩(wěn)定工作，對(duì)用戶通過(guò)客戶端進(jìn)行人性化顯示，對(duì)設(shè)備通過(guò)PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。

    主要實(shí)現(xiàn)了下述功能：

     （1）公路發(fā)油的定量控制和計(jì)算機(jī)管理（發(fā)油信息的存儲(chǔ)、歸檔和打印等）；

     （2）鐵路發(fā)油的定量控制和計(jì)算機(jī)管理（發(fā)油信息的存儲(chǔ)、歸檔和打印等）；

    （3）管輸電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制、流程溫度壓力的數(shù)據(jù)采集；

    （4）檢測(cè)儲(chǔ)罐的液位、界位和溫度，并計(jì)算存油體積、質(zhì)量、剩余罐容和剩余庫(kù)容等；

    （5）消防控制、可燃?xì)怏w檢測(cè)、火災(zāi)報(bào)警、巡檢系統(tǒng)等安全管理； 

    （6）油氣回收系統(tǒng)的通訊與自動(dòng)化監(jiān)控；

    （7）系統(tǒng)的防雷、防浪涌；

    （8）與上級(jí)管理部門信息系統(tǒng)預(yù)留通信接口。

    通過(guò)系統(tǒng)整合，將原來(lái)的各個(gè)分散系統(tǒng)，不同的協(xié)議整合為統(tǒng)一的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一的WinCC上位機(jī)平臺(tái)，通過(guò)交換機(jī)與互為冗余的兩臺(tái)監(jiān)控服務(wù)器通訊，管理辦公室、罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)、公路付油系統(tǒng)、鐵路卸油區(qū)、油氣回收系統(tǒng)均做為客戶端訪問(wèn)互為冗余的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)本班組作業(yè)監(jiān)控管理，同時(shí)可根據(jù)用戶權(quán)限管理，實(shí)現(xiàn)跨班組生產(chǎn)作業(yè)瀏覽、控制。同時(shí)，不同班組生產(chǎn)作業(yè)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)連鎖，減少人員操作，防范事故發(fā)生。

    3 系統(tǒng)配置

    本系統(tǒng)采用的主要自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備為：S7-400H冗余PLC一套，主要負(fù)責(zé)9個(gè)下裝車位公路定量裝車設(shè)備控制及數(shù)據(jù)采集，主要設(shè)備有流量計(jì)、電液閥、泵鉑熱電阻、第三方通訊設(shè)備；S7-400兩套、S7-300三套、ET200M分布式I/O 12套、WinCC服務(wù)器兩臺(tái)、客戶端6臺(tái)、觸摸屏1臺(tái)，及其相關(guān)的SIEMENS配套軟件，如服務(wù)器組件、PLC編程軟件、模擬仿真軟件等。

    3.1 S7-400H冗余PLC性能與配置

    本系統(tǒng)中全部采用SIEMENS PLC產(chǎn)品，主要為S7-400H、S7-300產(chǎn)品，本節(jié)重點(diǎn)介紹S7-400H的性能及配置。在許多自動(dòng)化領(lǐng)域中，要求容錯(cuò)和高可靠性的自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越多。特別是在某些領(lǐng)域，停機(jī)將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在這種情況下，只有冗余系統(tǒng)才能滿足高可靠性的要求。高可靠性的SIMATIC S7-400H能充分滿足這些要求。它能連續(xù)運(yùn)行，即使控制器的某些部件由于一個(gè)或幾個(gè)故障而失效也不受影響。為了保證油庫(kù)的自動(dòng)化作業(yè)安全穩(wěn)定運(yùn)行，便于維護(hù)，所以采用該系統(tǒng)。

    本系統(tǒng)SIMATIC S7-400H 配置包括以下部件：

    2 個(gè)中央控制器（機(jī)架）；

   2 個(gè)分立的中央控制器 UR1/UR2，或 1 個(gè)分割為 2 個(gè)區(qū)的中央控制器（UR2-H）；

     每個(gè)中央控制器有 2 個(gè)同步模板，通過(guò)光纖連接這兩個(gè)控制器；

    每個(gè)中央控制器有一個(gè) CPU 413-2H；每個(gè)中央控制器有一個(gè) CP 443-1以太網(wǎng)模板；

    ET 200M 分布式 I/O，2個(gè)IM153切換型配置，I/O模板及FM/CP模板在遠(yuǎn)程機(jī)架進(jìn)行配置。保證與每個(gè)CPU的通訊。

    3.2 WinCC服務(wù)器/客戶端配置

    SIMATIC WinCC基于 Windows 平臺(tái)，能為工業(yè)領(lǐng)域提供完備的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）功能，涵蓋單用戶系統(tǒng)直到支持冗余服務(wù)器和遠(yuǎn)程 Web 客戶機(jī)解決方案的多用戶系統(tǒng)。WinCC 是跨公司垂直集成交換信息的基礎(chǔ)，它采用了工廠智能，可以實(shí)現(xiàn)更大程度的生產(chǎn)過(guò)程的透明性。本系統(tǒng)采用WinCC 7.0版本、服務(wù)器客戶端模式，通過(guò)WinCC 智能選件實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控級(jí)和制造執(zhí)行系統(tǒng)級(jí)的連接，從而可以高效地進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、歸檔、壓縮、分析和發(fā)布工作，使生產(chǎn)過(guò)程具有更大的透明性和靈活管理。

     WinCC的配置如圖1所示：  
            
                               
                                        圖1    WinCC配置圖

    3.3 工業(yè)以太網(wǎng)配置及網(wǎng)絡(luò)管理

    PLC系統(tǒng)中，400系列系統(tǒng)中，配置CP443-1以太網(wǎng)模板，300系列系統(tǒng)中配置CP343-1以太網(wǎng)模板，HMI系統(tǒng)采用CP1623網(wǎng)卡，通過(guò)交換機(jī)，組成工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與HMI及PLC之間的通訊。

    以CP 443-1為例，CP 443-1是用于連接 SIMATIC S7-400 到工業(yè)以太網(wǎng)的通訊處理器。由于其自身備有處理器，從而解除了CPU 的通訊任務(wù)并有助于另加連接。通過(guò) CP 443-1，SIMATICS7-400 可與以下設(shè)備進(jìn)行通訊：

    編程器/PC；

     主機(jī) PC；

     HMI 設(shè)備；

    SIMATIC S5/S7/C7 系統(tǒng)；

     PROFINET CBA 部件；

     PROFINET IO 設(shè)備。

    WinCC服務(wù)器配置CP1613以太網(wǎng)卡，通過(guò)SIMATIC NET軟件對(duì)PC站的組態(tài)，對(duì)CP1613的工作模式及配置的組態(tài)，整體網(wǎng)絡(luò)的配置與下載，實(shí)現(xiàn)WinCC服務(wù)器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)對(duì)PLC的數(shù)據(jù)采集，服務(wù)器與客戶端通過(guò)WinCC的配置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)C/S結(jié)構(gòu)通訊。

    根據(jù)油庫(kù)庫(kù)區(qū)的實(shí)際情況和SIEMENS產(chǎn)品特點(diǎn)，考慮工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的冗余，通過(guò)系統(tǒng)整合，油庫(kù)庫(kù)區(qū)的工業(yè)以太網(wǎng)采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，提高了可靠性，為了便于網(wǎng)絡(luò)維護(hù)與管理，提高網(wǎng)絡(luò)的效率和安全性能，通過(guò)對(duì)思科、西門子交換機(jī)等設(shè)備VLAN的劃分，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了邏輯設(shè)計(jì)，進(jìn)行IP地址與終端的對(duì)應(yīng)，方便了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)與管理，同時(shí)很大程度上提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性，保證了自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的專一和安全。

    4 結(jié)束語(yǔ)

    油庫(kù)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用SIEMENS的系列產(chǎn)品，包括PLC產(chǎn)品、WinCC產(chǎn)品和相關(guān)配套軟件，針對(duì)客戶使用需求，經(jīng)過(guò)編程組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了油庫(kù)各級(jí)的自動(dòng)化作業(yè)，PLC在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便。上位機(jī)WinCC編程靈活，可擴(kuò)展性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了油庫(kù)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)與自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊與共享，進(jìn)行了完美結(jié)合。通過(guò)編程組態(tài)，完成了自動(dòng)發(fā)油、自動(dòng)收油、罐區(qū)計(jì)量、油氣回收等區(qū)域自動(dòng)化作業(yè)，完成了安全消防相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控，功能齊全，安全可靠，降低了對(duì)操作人員的要求，提高了安全生產(chǎn)效率。

    李永明（1979-）男，山東壽光人，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，工程師，現(xiàn)就職于中油龍慧自動(dòng)化工程有限公司，主要從事自動(dòng)化工程項(xiàng)目實(shí)施與管理方面的工作。

      李艷釗（1978-）男，河北保定人，畢業(yè)于河北科技大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，現(xiàn)就職于中油龍慧自動(dòng)化工程有限公司，主要從事自動(dòng)化工程項(xiàng)目實(shí)施與管理方面的工作。  

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第十一期