数据采集与监督控制系统(简称SCADA 系统) 油罐液位远传,高低液位报警,从本质上提高油罐运是以计算机技术、网络技术和现代控制理论为基础行的安全性和可靠性。的生产过程控制与调度自动化系统,可实现对现场运行设备及其工况的监督和控制CONTROL ENGINEERING China版权所有,以实现数据采集、设备控制、状态检测、参数调节以及各类信号报警、油库现有大型储油罐14 座,包括5 ×104 m3 油罐8 座、2 ×104 m3 油罐6 座,总容量52 ×104 m3 。根据实际生产的要求,油库油罐总共分为4 个区,分为实现原油库的标准化管理,2003 年底,集输别储存不同油品,向4 个方向供油。主要设备有温总厂对某油罐区进行了标准化改造,内容包括油罐度仪表36 台、压力仪表50 台、液位仪表14 台、脉冲安装光纤液位计、库内电动阀改造、自控系统和可燃发讯器36 台、工艺闸阀178 台等。主要的生产岗位气体报警等设备的安装与改造。由于油库生产工艺有流量计、计量、泵房、加热炉以及锅炉5 个岗位,多复杂,生产岗位较为分散,结合SCADA 系统的特点年来原油库一直沿用原始的人工操作方法,存在着和现场管理的要求,该项目改建后可以实现全部储安全系数低、信息不畅、计量人为因素多及自动化程度低等问题。
        2 　SCADA 系统组成及配置
        2. 1 　系统组成
        以两套SIEM ENS(西门子) 41424H 为控制器, 两套系统之间以光纤进行数据交换,架构成整个油库的SCADA 系统,此控制系统共有6 个控制室,结构示意图见图1 。

        1 (1) 中控岗　是全库调度中心所在,在接受上级管理要求的指令下,及时控制与调整生产流程与工艺参数。
        2 (2) 计量岗　以油库的储罐计量为核心www.cechina.cn,并对进出原油流向进行控制与操作。
        3 (3) 泵房岗　对供油泵和外输泵启停进行操作, 对流量进行控制。
        4 (4) 流量计岗　主要管理与操作整个油库的收发原油。
        5 (5) 外销岗　是油库的外销岗位,主要对压力温度流量等参数进行监视。
        6 (6) 加热炉岗　对外输原油进行加温,主要控制温度参数。
        在SCADA 系统的硬件架构当中,流量计岗和外销岗共用1 套控制器,而计量岗、泵房和加热岗则共用1 套控制器。各岗位的I/ O 信号模块安装在本地的控制柜中,它们和控制器之间通过PRO FIBUS 现场总线相连接。5 个现场控制室各设两台操作员站,用来控制与监视本岗位的工艺过程。中央控制室设1 个操作员站和1 个工程师站,操作员站可以监控全装置的工艺过程,工程师站除了可以编程组态外,也可以作为操作员站来使用。工程师站、操作员站和控制器之间通过冗余光纤环网相连接,光纤环上运行以太网协议,可以方便的和工厂管理相级互连接。
        2. 2 　系统配置操作站采用DELL 微机,处理器采用P4 , 内存512M , 硬盘80 G ,6 倍速光驱。PL C 控制站及IO 卡件清单见表1 。
        表1 　卡件清单表

        从清单表可以看出,构成SCADA 系统的卡件完全按照西门子系列产品进行配置,保证了系统的稳定性和可靠性。
        3 　系统特点及功能[1 ]
        3. 1 　上位机特点
        (1) 全中文操作界面　所有操作画面均由WinCC6. 0 制作完成,画面信息均为中文显示,全部操作均由鼠标左键来完成,简单、方便、快捷。对于所有画面, 只有当鼠标移动时出现双线框的对象(阀、罐等) 方可操作,操作站层能在线修改,记录操作时间及突发事件,能查询阀门开启、液位超高及低限报警时间。
        (2) 通用性好　本系统采用通用、高性能的PL C 和冗余分散控制设计,装配灵活、组态方便、移植性及适应性好。控制层对生产过程直接控制CONTROL ENGINEERING China版权所有,执行所有来自操作层的开关操作和回路控制,实现报警和连锁保护。整个系统是一个集中管理、分散控制的二级计算机系统,同时可作为下一级微机测控管理系统,而且还可向厂级计算机管理网络提供罐区储运信息。
        (3) 安全性高　操作员可以在各个操作站对本岗位的控制设备进行操作,并可以监视到全库的生产数据,显示所有工艺流程、过程参数、趋势图、状态,监视阀门的开关状态和输油过程,油罐高限液位报警,实现生产过程的全部操作指令、运算,完成报警和各种管理报表的打印及外部数据交换,完全满足了分散控制、集中管理的思想。
        3. 2 　下位机特点
        3. 2. 1 　控制器特点
        SCADA 系统以PL C 为控制器, 是系统的核心,正是PL C 的特点使SCADA 系统优点更为突出。
        (1) 可靠性高　PLC 不需要一般计算机所要求的环境,采用了很多硬件措施(屏蔽、滤波、隔离等)和软件措施(故障的监测和处理、信息的保护和恢复等) 以适应现场的要求。
        (2) 配置灵活、方便扩展　采用了分散的模件化结构,可针对各类不同控制需要进行组合,配有各类智能化模板,便于扩展,极大提高了系统的功能和适应性。
        (3) 强大的联网通信功能　通过简单的组合可连成工业局域网。在网络间通信可通过网络连接主控级的主计算机,对泵站的生产进行自动化控制和管理。
        (4) 编程简单、灵活运用　这是PLC 优于微机的另一个特点。大多数PLC 采用继电控制形式的梯形图编程方式,既继承了传统控制线的清晰直观性,又考虑到大多数工矿企业电气技术人员的读图习惯,易于接受,操作方便。
        (5) 维护量小,故障发生率低　PLC 本身的可靠性高,其输入/ 输出模板均采用了不同程度的保护、隔离措施www.cechina.cn,而且每块模板都有运行状态指示灯,若某一路不正常,则可以在模板指示灯上显示,便于维护。
        (6) 性能价格比较高　相对于继电器逻辑控制而言, PLC 内部继电器是数字逻辑运算,这样节省了大量继电器,降低了成本,提高了可靠性,而且用程序执行控制功能,灵活性高,易于修改,极大地提高了其性能价格比。
        3. 2. 2 　控制程序特点
        (1) OB1 用来组织S7 程序中的其他块,CPU 在没有故障和其他中断时,始终扫描并执行OB1 。
        (2) FB 在程序的分级结构位于组织块之下, 它包含程序的一部分,这二部分程序可以在OB1 中被多次调用。功能块的所有形参和静态参数都被存储在一个单独的、被指定给该功能块的数据块(DB) 当中。
        (3) FC 功能和功能块一样,在程序结构中处于组织块的下面。为使一个功能被CPU 处理,它必须被它的前一级调用。与功能块不同,功能不需要数据块。
        (4) DB 　为共享数据块,如果CPU 中没有足够的内部存储位来保存所有的数据,则可以将一些指定的数据存储到一个共享数据块中。其中的数据可以被其他任意一个块使用。而背景数据块被指定给一个特定的功能块,它的数据只在这个功能内局部有效。
        (5) VA T 变量表用来监视和修改程序变量。在原油库的程序编写过程中,为了与WINCC的变量类型相一致,工程人员选用了数据类型结构变量。在组态共享数据块时,类型中填入数据类型对应的模块的名称即可。
        3. 3 　功能
        (1) 冗余功能[2 ] 　西门子41424H 控制器按冗余方式设计控制工程网版权所有,它可以在任何事件发生后继续使用,它所有的主要器件都是双重的,按照方案设计成双重器件的有中央处理器CPU 电源模板以及连接两个中央处理器的硬件。用户可以自行决定在即将使用的自动化系统中是否需要更多的双重器件以增强设备的可用性。冗余节点代表了带有容错器件的系统的容错性,节点内的一个元件发生故障时不会影响和它相联的其它节点或整个系统的可靠性,这就是冗余节点的独立性。冗余节点链接中最薄弱的环节决定了整个系统的可用性。对于2002 ,系统如果有一个冗余节点的部件故障,不会对整个系统的可操作性造成影响。冗余节点链中的最弱链路决定了整个系统的可用性。
        不论PLC 柜的双CPU 中哪个出现故障,另一个必须随时备份数据。当一个处于操作状态时(主CPU) ,另一个则处于备用状态(副CPU) ,而且副CPU 不断地通过写循环来更新数据。当主CPU 发生故障时,副CPU 会自动切换为主CPU 。系统设置为冗余数据总线,当其中一条发生故障时,不影响整个系统的数据采集和操作。控制器冗余功能图示见图2 。

        (2) 实时监控与管理功能　对现场过程参数、阀位状态、各种越限报警信号进行实时监测、处理、记录及显示,并且对处理后的各种数据归类,分别放入历史数据库、报警数据库进行实时管理。其主要管理功能如下: ①显示罐区主要状态参数。②实时显示各种报警信息。③提供人/ 机操作接口,用户通过鼠标设置各项参数,操作阀门。④对系统操作、参数预置等操作设置工程师及操作员密码。⑤实时记录各类报警和操作员的操作过程等。
        (3) 故障诊断功能　①系统硬件故障自动检测。当系统开机运行时, PLC 运行自检程序对各系统各种硬件设备进行自检。自检设备参数如直流电压、I/ O 状态、A/ D 状态。②一次仪表故障自动指示。当电动闸阀回讯信号消失或开和关信号同时存在时,则断定为状态继电器失灵。