油库消防控制系统问题分析及解决措施

陈慧萍

(中国石油新疆油田公司油气储运分公司,新疆 昌吉 831100)

油库消防控制系统问题分析及解决措施

陈慧萍

(中国石油新疆油田公司油气储运分公司,新疆 昌吉 831100)

某油库为新建原油储备罐进行消防系统建设,致使新旧消防控制系统中不同厂家、型号的PLC系统存在结合、运行和控制方面的问题。据此,提出了几个解决方案并分析了各方案的优缺点,最终根据经济、安全、可靠等因素选择了合适的方案。该方案投入使用后,系统运行正常稳定,监控画面完整、数据准确,下位机独立运行稳定可靠,消防联动实时有效。

消防控制系统 PLC 监控 连锁控制 可靠性 稳定性

0 引言

油罐区消防系统对确保油罐安全、降低火灾、扑救损失有着十分重要的作用。近年来,随着我国科学技术的发展,消防事业发展迅速,特别是计算机和现代通信技术的引入,使得消防设施的自动化、智能化水平不断提高,做到了早发现、早预防,努力将火灾消灭在萌芽状态,真正做到“防患于未燃”。

2010年,王家沟油库新建9座5×104m3原油储罐,以新建的9个罐为基础,单独设计罐区消防控制系统。新建一套消防系统控制单元,负责为原油库、西部管道乌鲁木齐首站、西北销售储备库和新捷油库提供固定的消防保障。该消防系统设在消防泵房旁辅助生产用房内[1]。系统通过光纤与原油库、西北销售储备库的库区仪控区连接,实现数据传输。为贯彻“预防为主、防消结合”的消防方针,适应油库消防现代化的需要,在王家沟原油储备油库基地的消防系统中,采用了火灾自动报警与自动控制(PLC)相结合的消防自动报警控制方案。该方案通过新老自动化控制系统的结合,取得了显著的效果。

1 新消防控制系统要求

库区新建仪控室作为本系统的监控中心,实现新增9个罐消防系统的集中采集、显示、报警和控制。在每座罐的二次密封圈附近安装光纤光栅感温探测器,将信号传送至仪控室光纤光栅信号处理器进行处理后,将温度信号、报警信号等接入消防控制系统进行显示、报警[2]。

在每座罐的罐顶安装火焰探测器,一旦发现火情,报警信号即上传至仪控室消防控制系统进行显示、报警。罐前进出罐阀组区安装可燃气体探测器及有毒气体探测器,一旦发现可燃气体浓度和有毒气体浓度超过设定浓度,报警信号上传至仪控室消防控制系统进行显示、报警。在防火堤外的道路旁设置现场手动火灾报警按钮和报警警笛。现场人员一旦发现罐区火情,则就近按动手动报警按钮,报警信号上传至仪控室消防控制系统进行报警。

在仪控室设置火灾确认和复位按钮,消防控制系统根据报警级别的不同驱动工业电视对准报警区域。现场探测设备(如火焰探测器、光纤光栅感温探测系统)发出火灾报警信号后,消防控制PLC系统向电视监控系统发出对应储罐的开关量信号。电视监控系统能够迅速将该区及附近摄像机同时自动校准到报警点附近的摄像机预置位,经人工确认,启动罐体的消防水阀,实施灭火喷淋[3,5]。

2 王家沟油库原消防系统概况

原消防系统负责王家沟原油罐和西部管道乌首站的消防,消防系统采用西门子300系列PLC,具有一键启泵的功能,保证系统的正常运行。

3 问题的提出

新建消防控制系统采用了AB的PLC设备,主处理器采用ControlLogix1756-L63系列,上位机采用基于Windows平台的iFix上位软件和RSLogix 5000 STD编程软件。AB系统的网络由上到下分为系统网络(以太网)和控制网络(ControlNet)两个层次。其中,系统网络实现现场控制站与操作员站的互连,控制网络实现现场控制站与智能I/O单元的通信。

旧消防系统采用的是西门子的PLC设备。当新消防系统检测到有火灾隐情时,需要联动旧消防系统的消防泵进行消防系统联动。为保证新旧系统的可靠通信和有效联动,需要解决新旧消防系统的结合问题。

4 解决方案

4.1 方案一

在旧消防系统中增加一块西门子PLC以太网模块CP343-1,用以原有系统与新建系统之间的通信及昌吉调控中心之间的通信。

该方案的技术难点在于:原有系统为西门子300系列PLC搭建的系统,需要将以太网通信模块放在与CPU相邻的机架内,将现在的卡件排列顺序从CPU后的卡件往后挪动一个卡件位置。在程序里,只需要对硬件重新组态,程序逻辑不做修改。

该方案的优点为改动较小,保留原有逻辑。缺点在于:因原系统采用西门子S7-315[4]系列CPU,增加通信卡件会增加系统CPU负荷,因此,需要重新计算CPU的负荷能否满足系统运行需求。

消防控制系统对系统稳定性要求高,原消防控制系统采用了双CPU的配置,但是西门子S7-300系列的CPU无法在硬件实现冗余,原消防控制系统为软冗余,这种配置只能用在对系统可靠性要求不高的情况下。因为一旦系统出现故障,切换CPU是会产生短暂的系统假死状态,系统处于不可控状态。虽然时间短暂,但对消防控制系统来说是很宝贵的,这不符合消防控制系统对系统可靠性的要求。再者,原有消防控制系统采用的U型背板连接方式,在系统维护中,如果要对单块卡件进行更换,需要停掉整个系统。此时消防系统已经不能完成数据监控。

4.2 方案二

在老旧消防系统中增加一块Profibus转Modbus TCP/IP的外置卡,将数据用以太网的形式传送出来[6]。方案二结构原理图如图1所示。

图1 方案二结构原理图Fig.1 Schematic diagram of strategy 2

该方案的优点为改动小,保留原有逻辑;实现起来较为简单,只需对程序中需要传输的数据进行组态。缺点为需要增加第三方设备,增加故障点,维护困难。

由于该方案采用的为第三方设备,故传输数据可靠性以及设备可靠性需要论证。原过程控制系统在为昌吉调控中心传送数据时,采用了这种方案,但是只做采集监视生产数据用,未做到控制,主要原因就是担心通信的可靠性。

4.3 方案三

在新建过程控制系统和消防控制系统的基础上,增加远程机架及I/O卡件,将原系统所有设备接入新的控制机柜内。该方案的技术难点为需要对原系统设备进行统计,找到当时施工时的工程资料,将原系统的逻辑组态到新系统内。该方案的优点为新系统采用的AB Logix 5000系列CPU,具有较强的处理能力,只增加几个远程机架就可以将原系统所有的输入输出点纳入新系统内;逻辑统一,机柜接线集成统一,方便系统维护及修改;统一系统后,两个系统间无网络传输故障及系统兼容的问题,同时提高了系统运行的可靠性及安全性。该方案的缺点为需要拆除原系统,改动比较大,费用较高。

4.4 方案四

充分利用iFix-HMI自身的通信协议,分别利用驱动-OPE和驱动-MBE的通信协议去读AB-PLC和西门子PLC设备。该方案的优点为系统无需增加任何硬件和其他第三方设备;上位机画面显示一个整体,而下位机各自运行各自设备,当需要联动时靠输入、输出点来驱动底层设备。方案四结构原理图如图2所示。

图2 方案四结构原理图Fig.2 Schematic diagram of strategy 4

最终根据安全、可靠、经济以及系统的实时性和独立区域的良好控制执行等方面,采用了方案四。西门子的输出到AB-PLC即输入,AB-PLC输出到西门子即输出。正常情况新旧PLC运行互不干扰、独立运行,只有当有联锁控制和执行ESD功能时通知西门子PLC启动泵。上位机的画面数据靠MBE通信协议读取西门子的数据库,使上位机可以显示全部数据参数。

5 结束语

系统采用先进的开放式网络结构,支持CPU冗余和通信网络冗余的当前最强冗余结构,控制系统的HMI软件使用GE公司的iFix系统软件。整个系统具有较强的数据处理能力,HMI画面操作简单方便。开放的通信协议提供了一种Rockwell AB-PLC和西门子PLC设备通信的解决方案。此解决方案已在此工程项目中得到一定的应用,目前通信稳定、可靠,使用方便,效果得到一致认可。

[1] 谷平,葛晓霞.火灾自动报警与PLC自动控制相结合在油库消防系统中的应用[J].石油工程建设,2007,33(4):1-4.

[2] 程呈.基于PLC的火灾自动报警与消防系统的开发[J].硫磷设计与粉体工程,2009(6):43-45.

[3] 周明,王可中,许永忠.基于PLC和视频技术的原油库区自动消防监控系统[J].自动化与仪器仪表,2003(5):33-35.

[4] 何建忠,干林.PLC在消防报警及处理系统中的应用[J].微计算机信息,2008(7):28-29.

[5] 程博森.油库安全防范系统应用探索[J].工业控制计算机, 2013,26(4):34-35.

[6] 王雷.Rockwell AB PLC与profibus-DP设备通讯方案及在炼钢领域的应用[C]//全国冶金自动化信息网2013年会论文集, 2013:526-529.

Analysis of the Problems in Oil Depot Fire Control System and Solving Measures

New crude oil storage tank is constructed in certain oil depot,thus the fire fighting system is built accordingly.This brings some problems in operation and control because the new system and existing old system are using different types of PLC from different manufacturers. In accordance with this condition,several strategies are proposed;the advantages and disadvantages of these solutions are analyzed respectively.The most suitable solution is selected based on economic,safety and reliability factors and put into operation.Now the system is running properly and stably,the monitoring displays are comprehensive,data are accurate;slave computer is running independently,stably and reliably,the fire fighting interlocking is effective in real time.

Fire control system PLC Monitoring Interlock control Reliability Stability

TE972

A

修改稿收到日期:2014-06-24。

作者陈慧萍(1982-),女,2008年毕业于西南石油大学测试计量技术及仪器专业,获硕士学位,工程师;主要从事生产自动化方面的研究。