1 前言

    成品油油庫作為石油供應(yīng)鏈中非常重要的一個環(huán)節(jié)，廣泛利用信息化管理、自動化控制來改善工作環(huán)境，提高工作效率和自身競爭力。本文介紹某成品油油庫利用西門子S7-400H冗余PLC系統(tǒng)實現(xiàn)庫區(qū)作業(yè)自動化，降低了運行人員的勞動強度，減少了人為因素的參與，保證了庫區(qū)儲運、銷售、安全平穩(wěn)進行；提高了油庫生產(chǎn)效率和管理水平、降低了企業(yè)運營成本。實現(xiàn)了油庫成品油儲運、作業(yè)控制、銷售和管理的一體化控制。

    2 系統(tǒng)功能

    整個油庫自動化系統(tǒng)設(shè)置一個中心控制室，現(xiàn)場主要設(shè)備及儀表的控制和信號電纜直接敷設(shè)到控制室。液位計、報警控制器、油氣回收系統(tǒng)等智能設(shè)備通過信號電纜接入S7-400H冗余PLC系統(tǒng)，或是進入自己的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，如油氣回收系統(tǒng)采用獨立的PLC系統(tǒng)，S7-400H冗余PLC系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)訪問其系統(tǒng)，將所有的數(shù)據(jù)整合到自動化控制系統(tǒng)一個平臺上面，即WinCC上位機，通過冗余WinCC服務(wù)穩(wěn)定工作，對用戶通過客戶端進行人性化顯示，對設(shè)備通過PLC進行數(shù)據(jù)的讀寫。

    主要實現(xiàn)了下述功能：

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

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

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

    （4）檢測儲罐的液位、界位和溫度，并計算存油體積、質(zhì)量、剩余罐容和剩余庫容等；

    （5）消防控制、可燃氣體檢測、火災(zāi)報警、巡檢系統(tǒng)等安全管理； 

    （6）油氣回收系統(tǒng)的通訊與自動化監(jiān)控；

    （7）系統(tǒng)的防雷、防浪涌；

    （8）與上級管理部門信息系統(tǒng)預留通信接口。

    通過系統(tǒng)整合，將原來的各個分散系統(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上位機平臺，通過交換機與互為冗余的兩臺監(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)均做為客戶端訪問互為冗余的服務(wù)器，實現(xiàn)本班組作業(yè)監(jiān)控管理，同時可根據(jù)用戶權(quán)限管理，實現(xiàn)跨班組生產(chǎn)作業(yè)瀏覽、控制。同時，不同班組生產(chǎn)作業(yè)可實現(xiàn)設(shè)備的自動連鎖，減少人員操作，防范事故發(fā)生。

    3 系統(tǒng)配置

    本系統(tǒng)采用的主要自動化系統(tǒng)設(shè)備為：S7-400H冗余PLC一套，主要負責9個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、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、客戶端6臺、觸摸屏1臺，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)重點介紹S7-400H的性能及配置。在許多自動化領(lǐng)域中，要求容錯和高可靠性的自動化系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多。特別是在某些領(lǐng)域，停機將帶來巨大的經(jīng)濟損失。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)運行，即使控制器的某些部件由于一個或幾個故障而失效也不受影響。為了保證油庫的自動化作業(yè)安全穩(wěn)定運行，便于維護，所以采用該系統(tǒng)。

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

    2 個中央控制器（機架）；

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

     每個中央控制器有 2 個同步模板，通過光纖連接這兩個控制器；

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

    ET 200M 分布式 I/O，2個IM153切換型配置，I/O模板及FM/CP模板在遠程機架進行配置。保證與每個CPU的通訊。

    3.2 WinCC服務(wù)器/客戶端配置

    SIMATIC WinCC基于 Windows 平臺，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)器和遠程 Web 客戶機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，可以實現(xiàn)更大程度的生產(chǎn)過程的透明性。本系統(tǒng)采用WinCC 7.0版本、服務(wù)器客戶端模式，通過WinCC 智能選件實現(xiàn)了監(jiān)控級和制造執(zhí)行系統(tǒng)級的連接，從而可以高效地進行生產(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，通過交換機，組成工業(yè)以太網(wǎng)，實現(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 CP 443-1，SIMATICS7-400 可與以下設(shè)備進行通訊：

    編程器/PC；

     主機 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SIMATIC NET軟件對PC站的組態(tài)，對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，實現(xiàn)WinCC服務(wù)器通過工業(yè)以太網(wǎng)對PLC的數(shù)據(jù)采集，服務(wù)器與客戶端通過WinCC的配置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)C/S結(jié)構(gòu)通訊。

    根據(jù)油庫庫區(qū)的實際情況和SIEMENS產(chǎn)品特點，考慮工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的冗余，通過系統(tǒng)整合，油庫庫區(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)維護與管理，提高網(wǎng)絡(luò)的效率和安全性能，通過對思科、西門子交換機等設(shè)備VLAN的劃分，對網(wǎng)絡(luò)進行了邏輯設(shè)計，進行IP地址與終端的對應(yīng)，方便了網(wǎng)絡(luò)維護與管理，同時很大程度上提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性，保證了自動化網(wǎng)絡(luò)的專一和安全。

    4 結(jié)束語

    油庫自動化監(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，針對客戶使用需求，經(jīng)過編程組態(tài)，實現(xiàn)了油庫各級的自動化作業(yè)，PLC在系統(tǒng)運行過程中穩(wěn)定可靠，維護方便。上位機WinCC編程靈活，可擴展性強，實現(xiàn)了油庫業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)與自動化監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊與共享，進行了完美結(jié)合。通過編程組態(tài)，完成了自動發(fā)油、自動收油、罐區(qū)計量、油氣回收等區(qū)域自動化作業(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)于中國石油大學工業(yè)自動化專業(yè)，工程師，現(xiàn)就職于中油龍慧自動化工程有限公司，主要從事自動化工程項目實施與管理方面的工作。

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

    摘自《自動化博覽》2011年第十一期