【正文】 自動化管理的基礎(chǔ)。目前，寧波港液體化工區(qū)己有15家各類合資性質(zhì)的專業(yè)液化油品倉儲企業(yè)在此落戶，并與國內(nèi)外40多個港口和地區(qū)建立了業(yè)務(wù)往來。，現(xiàn)場總線方案和遠(yuǎn)程I/O方案各自的優(yōu)缺點進行詳細(xì)的比較和分析。自動控制理論和人工智能相結(jié)合，形成了新型的智能控制理論，推出了模糊控制、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制等多種控制方法?，F(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展和成熟，將使目前常見的分散控制系統(tǒng)面臨強大沖擊。因此，研制和應(yīng)用智能儀表及裝置已成為當(dāng)前自控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，智能儀表將逐步替代常規(guī)儀表。而自控裝置的智能化，就是以微處理器為核心來研制構(gòu)成各種智能儀表、I/0模塊、模板，智能外設(shè)和其他智能控制裝置。計算機控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促進了生產(chǎn)的柔性化和集成化，提高了工廠裝備的技術(shù)水平，節(jié)約了能源，降低了消耗，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品的國際競爭能力，降低了環(huán)境污染，改善了勞動條件，保證了生產(chǎn)安全可靠，改善了企業(yè)的管理方式，建立了適應(yīng)現(xiàn)代市場經(jīng)濟的企業(yè)內(nèi)、外部管理機制，從而提高了企業(yè)經(jīng)濟效益，促進了社會和經(jīng)濟的發(fā)展。因此，經(jīng)過本報告的研究將其應(yīng)用到實際的罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中去，一方面更好地解決實際中的問題，另一方面建設(shè)完成必將對于提高寧波港液體化工區(qū)自動化管理水平，降低工人勞動強度，改善工人工作條件，避免事故發(fā)生，減少系統(tǒng)改造初期投資，以及減少今后運行費用等方面具有十分重要的意義。近年來，隨著寧波港化工業(yè)務(wù)量的不斷擴大，液體化工品種的增加，以及罐區(qū)規(guī)模、儲罐數(shù)量的增加，對化工區(qū)儲存、裝卸、管理提出了越來越高的要求，特別對罐區(qū)的自動化管理水平提出了更高的要求。但是，目前在罐區(qū)領(lǐng)域中，由于罐區(qū)環(huán)境帶有潛在爆炸危險，其應(yīng)用肯定會遇到有別于其它環(huán)境的問題，因此，現(xiàn)場總線在罐區(qū)應(yīng)用的實例還不多見。智能儀表和裝置之間采用現(xiàn)場總線技術(shù)進行數(shù)字通信，而不再用模擬信號通過電線、電纜進行互連，使信號傳遞方式發(fā)生了根本性變化。然而罐區(qū)突出的特點是:系統(tǒng)地理分布廣泛、控制分散、范圍大，因此如果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用點對點連接方式時，就需要用到比一般裝置多得多的電纜、接線端子及橋架等附件，系統(tǒng)施工時要耗費大量的人力，且很難保證連接的可靠性，為數(shù)眾多的連接點及故障診斷的困難也給日后系統(tǒng)的檢修及維護帶來很大的不便?？删幊炭刂破?PLC )以及由多臺計算機遞階構(gòu)成的集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)DCS (Distributed Control Systerm)被廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，罐區(qū)的規(guī)模也越來越大，液體化工原料、中間體和制品的種類也不斷增加。該儀表一般由一次儀表和二次儀表兩部分組成。對儲罐計量，最初只是靠有經(jīng)驗的工人利用檢尺通過對各儲罐的液位高度進行測量(即通常所講的“人工檢尺”)的方法來對儲罐進行監(jiān)視。為了滿足這一要求，各國紛紛建立為數(shù)眾多的化學(xué)工廠來生產(chǎn)相關(guān)的產(chǎn)品，而為了方便液體化工原料、中間體和制品的運輸、接卸、存儲，在沿海地區(qū)港口建設(shè)了許多不同功能罐區(qū)，用以存儲、運輸品種繁多的液體化工原料、中間體和制品。本報告通過分析國內(nèi)外工業(yè)控制現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主流類型、特點、應(yīng)用領(lǐng)域以及對寧波港鎮(zhèn)海港埠有限公司液體化工區(qū)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)情況進行認(rèn)真分析，對集散控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程I/O的特點進行詳細(xì)比較，提出以新型遠(yuǎn)程I/O為基礎(chǔ)的兩層現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，對罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)進行了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計，并成功應(yīng)用于寧波港液體化工區(qū)。隨著工業(yè)總線系統(tǒng)理論的提出和產(chǎn)品大量進入工業(yè)過程控制，自動化控制系統(tǒng)及儀表正向著數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化(或分散化)方向發(fā)展，而利用PROFIBUS總線就能很好得實現(xiàn)對大型復(fù)雜系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。化工企業(yè)安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng) 研究報告安生信息科技有限公司2007年4月項目概述:對化工罐區(qū)進行有效的監(jiān)控對提高管理水平，降低工人的勞動強度，改善工人的工作條件，避免事故的發(fā)生等等方面具有十分重要的意義。防爆遠(yuǎn)程I/0系統(tǒng)的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)防爆系統(tǒng)、產(chǎn)品投資高、可靠性低、運用復(fù)雜等問題，在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛運用。本文設(shè)計的系統(tǒng)采用支持PROFIBUS現(xiàn)場總線協(xié)議的西門子SIMATIC S7400為PLC，用德國CEAG公司的現(xiàn)場防爆Il0產(chǎn)品建立防爆遠(yuǎn)程I/0站采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，采用PROFIBUSDP總線來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的傳輸，從而實現(xiàn)化工區(qū)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。這些港口的管理部門每天都需要掌握罐區(qū)每個儲罐罐內(nèi)存儲介質(zhì)的液位、溫度、壓力、體積和質(zhì)量、罐區(qū)內(nèi)可燃?xì)怏w濃度以及碼頭的管道壓力、連通管道流量、閥門狀態(tài)和可燃?xì)怏w濃度等重要數(shù)據(jù)，既要保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和及時，又要確保儲罐、碼頭的安全，防止意外事故的發(fā)生。該方法原始而又繁瑣，人為因素影響大，精度低。位于現(xiàn)場的一次儀表采集各儲罐的液位參數(shù)并通過統(tǒng)一的模擬信號如420mA的直流電流信號或某種專用的通訊協(xié)議送往集中控制室的二次儀表。對罐區(qū)的管理也提出了越來越高的要來，而由操作人員對罐區(qū)儲罐、管道及碼頭的過程數(shù)據(jù)的定時巡檢記錄、匯總、分析顯然越來越顯示出其在實時性、準(zhǔn)確性、合理性方面的不足。因此，近年來人們開始嘗試使用計算機構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)來對罐區(qū)進行綜合的管理。并且長距離的信號傳輸使信號的精度大大降低。從而將大大節(jié)省電線、電纜數(shù)量，使信號傳遞更加可靠、經(jīng)濟，各個儀表及裝置的互連更加方便靈活。1. 2研究的目的和意義以寧波港液體化工區(qū)鎮(zhèn)海港區(qū)為例,地處，始建于1985年，現(xiàn)有各類儲罐180余臺，總?cè)萘拷?0萬立方米，擁有1000噸級至5萬噸級的各類液化專用泊位9座，已接卸苯、醇、酸、烴等10大類80多個品種的液化品。另一方面，隨著自動化控制理論水平、計算機應(yīng)用技術(shù)與通訊技術(shù)不斷提高，以及工業(yè)計算機監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的成功應(yīng)用，為寧波港液體化工區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的建立提供了技術(shù)保障。1. 3國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)及其發(fā)展隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，計算機廣泛地應(yīng)用到工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。近年來，自動化儀表及裝置的發(fā)展有著數(shù)字化、智能化、模塊化、高精度化和小型輕量化的特點，出現(xiàn)了分散型控制系統(tǒng)(DCS)、總線式工控機、可編程控制器(PLC)和調(diào)節(jié)器、智能變送器和新一代現(xiàn)場總線式智能儀表等。微處理器的加入，使得各種控制設(shè)備具有數(shù)學(xué)運算、邏輯判斷、信息存貯等智能，極大地提高了設(shè)備的功能，提高了可靠性，簡化了電路、降低了成本，使控制設(shè)備發(fā)生了一次“質(zhì)”的飛躍。現(xiàn)場總線是近年來迅速發(fā)展起來的一種數(shù)據(jù)總線，它主要用于現(xiàn)場的智能化儀器儀表，控制器、執(zhí)行機構(gòu)、I/ 0模塊等現(xiàn)場設(shè)備間的信息傳遞。采用現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成的分散控制系統(tǒng)，功能將更加分散，系統(tǒng)構(gòu)成將更加靈活，系統(tǒng)可靠性將大大提高?？梢灶A(yù)測，多目的柔性化工間歇過程控制策略研究、軟測量技術(shù)應(yīng)用研究、化工過程動態(tài)仿真技術(shù)研究、人工智能技術(shù)在化工中的應(yīng)用和遠(yuǎn)程監(jiān)控與在線優(yōu)化技術(shù)研究等課題將成為21世紀(jì)化工過程控制技術(shù)所需研究解決的重點課題。，通過監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)研究，完成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通訊方式的選擇:，完成監(jiān)控系統(tǒng)硬件的實現(xiàn)，為鎮(zhèn)海港埠有限公司正在實施的“化工區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)”技改項目提供詳細(xì)的設(shè)計依據(jù)和指導(dǎo)。到2005年年底，己接卸苯，醇，酮，酸，烴等10大類80多個品種的液化品，累計完成吞吐量近1300萬噸，液化品吞吐量已連續(xù)10年保持全國第一，是我國最大的進口液化品中轉(zhuǎn)基地。寧波港液體化工區(qū)從功能結(jié)構(gòu)上來看，主要包括:碼頭裝卸系統(tǒng)，岸上倉儲系統(tǒng)，工藝儲運系統(tǒng)，公路鐵路出運系統(tǒng)，安全消防及環(huán)保系統(tǒng)，輔助設(shè)施系統(tǒng)等部分。3) 14泊位。 10)翔盛罐區(qū)(2)。 12)天元罐區(qū)(2)。 14)南方罐區(qū)(2)。為了方便管理和數(shù)據(jù)采集，這些儲罐、碼頭被劃分為如下所述的7個區(qū)域。4區(qū)域，包括:賜富罐區(qū)、榮盛罐區(qū)、埃力生罐區(qū)，共6個儲罐。目前國內(nèi)從事液化品裝卸的港口數(shù)量正在迅速增長，但相對而言這些港口在規(guī)模上均比較小，專用泊位數(shù)量少，而泊位與罐區(qū)之間的功能也相對較為固定，即一個泊位固定對應(yīng)一個或幾個罐區(qū)群落，泊位與泊位間缺乏應(yīng)有聯(lián)系，機動靈活性較差。山火車、汽車運到的液體化工產(chǎn)品經(jīng)輸液泵送到儲罐儲存，再經(jīng)泵裝船外運或直接從火車裝船外運。每個儲罐的情況如圖23所示。而且，各儲罐的參數(shù)也由人工進行記錄，罐區(qū)調(diào)度室若想了解每個罐的情況也要等這些人工報表送去以后刁‘可以，這就給整個罐區(qū)及時有效的管理帶來了很大的障礙。因此，為了使化工區(qū)的安全生產(chǎn)得以順利進行，提升全國港口第一大液體化工區(qū)形象，對寧波港液體化工區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)進行改造和升級已迫在眉睫。因為一旦計算機出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)將會癱瘓，輕者影響生產(chǎn)，造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格，重者則會造成人員和設(shè)備的事故。因為工控機在整機的機械、防振動、耐沖擊、防塵、抗高溫、抗電磁干擾、抗電流干擾等方面往往針對生產(chǎn)現(xiàn)場的特點，采取了特殊的處理措施，以保證系統(tǒng)在惡劣的工業(yè)環(huán)境下仍能正常運行。對于必須采用自動控制的重要回路或特殊回路，可采用常規(guī)控制儀表或后備計算機作為后備。例如，操作工己經(jīng)習(xí)慣了PID調(diào)節(jié)器的面板操作，那就是或在硬件上或是在CRT畫面上設(shè)計成回路操作顯示面板(畫面)。硬件上宜采用標(biāo)準(zhǔn)的功能模板式結(jié)構(gòu)，便于及時查找并更換故障模板。實時性強實時性是絕大部分監(jiān)控系統(tǒng)最主要的特點之一，它要對內(nèi)部和外部事件都能及時地響應(yīng)，并在規(guī)定的時限內(nèi)作出相應(yīng)的處理。通用性好監(jiān)控系統(tǒng)的研制與開發(fā)需要一定的投資和周期，在設(shè)計開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)時應(yīng)盡量考慮采用積木式的模塊化結(jié)構(gòu)。硬件方面宜采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，配置各種通用的功能模板，并留有一定的冗余，在需要擴充時只需增加相應(yīng)功能的通道或模板就能實現(xiàn)。這主要體現(xiàn)在兩個方面:一方面是系統(tǒng)的性能價格比要盡可能的高，而投入產(chǎn)出比要盡可能的低，回收周期要盡可能地短。監(jiān)控系統(tǒng)主要采集模擬量、數(shù)子量、開關(guān)量等數(shù)據(jù)。需要采集的開關(guān)量主要有:閥門狀態(tài)、繼電器狀態(tài)、手動/自動選擇開關(guān)狀態(tài)。本系統(tǒng)可以全自動管理和控制監(jiān)控工作，流程作業(yè)情況要求能在中控室監(jiān)視器監(jiān)看，但為了在特殊情況下人可以超越計算機進行控制，因此，應(yīng)設(shè)置手動自動控制方式的轉(zhuǎn)換開關(guān)。按照鎮(zhèn)海港埠有限公司化工隊生產(chǎn)要求的周期和格式，生成日報、月報、季報和年報，并在局域網(wǎng)內(nèi)部共享，供管理部門打印、存檔。監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理也是很重要的環(huán)節(jié)，歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)庫管理的主要內(nèi)容，此外，為滿足寧波港液體化工區(qū)管理的需要，必須進行一些數(shù)據(jù)處理工作。圖31系統(tǒng)功能示意圖3. 3監(jiān)控方案研究隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，可靠性的不斷提高，以及價格的大幅度降低，計算機在工業(yè)中的應(yīng)用越來越普及。(S)多級分布式計算機控制系統(tǒng)(DCS)。3. 3. 1分散控制系統(tǒng)(DCS)此系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意如圖32所示。第二部分是將現(xiàn)場信號連接在一起的大量的電線電纜、接線端子以及現(xiàn)場接線箱、接線柜和鋪設(shè)電纜所需的電纜橋架等等輔助設(shè)備。一般由DCS或PLC的CPU單元、各種開關(guān)量(DI/DO)和模擬量(AI/AO)以及其它特殊信號的輸入/輸出卡件、供電電源模塊等組成?！皞鹘y(tǒng)型”，與“總線型”設(shè)備比較起來歷史悠久更重要的是可選擇的范圍寬。，因此系統(tǒng)的人工費用成本也高。3. 3. 2現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)此系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意如圖33所示。從上面的示意圖可以看出該控制系統(tǒng)也分為四個部分。而“總線型”現(xiàn)場設(shè)備是伴隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的具有總線接口可直接掛接到現(xiàn)場總線上的產(chǎn)品。第三部分為控制器，常采用具有現(xiàn)場總線接口的DCSIPLC的CPU單元。系統(tǒng)的控制輸出信號經(jīng)過相反的傳送到現(xiàn)場的執(zhí)行器處。，使故障點的定位十分迅速，從而縮短系統(tǒng)的故障停車時間?；谶h(yuǎn)程I/O的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。而防爆型的遠(yuǎn)程I/O只能放在安全區(qū)和可以直接放置在危險現(xiàn)場的兩類產(chǎn)品。對于可以直接放置在危險現(xiàn)場的防爆型遠(yuǎn)程I/O而言，其既可以直接安裝在危險現(xiàn)場充分發(fā)揮遠(yuǎn)程I/O的優(yōu)勢，又可以做到本質(zhì)安全防爆，因此，在做“總線型”遠(yuǎn)程I/O的控制方案時，考慮采用此類的產(chǎn)品。第二部分為主控器與遠(yuǎn)程I/O之間的現(xiàn)場總線及連接附件。第五部分為現(xiàn)場設(shè)備與遠(yuǎn)程I/O之間的連接電纜及附件。從而使DCS系統(tǒng)中需使用的現(xiàn)場接線箱、長距離的連接電纜及附件、大量的安全柵及端子和機柜、DCS/PLC的接線端子和I/O卡件等大量的硬件都不再需要了。，從而減低了施工的難度和費用。也就是說，如果采用現(xiàn)場總線，那么，系統(tǒng)的連續(xù)運轉(zhuǎn)能力至少不能夠比采用傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)低。如果采用一定數(shù)量的小型遠(yuǎn)程I/O來連接現(xiàn)場設(shè)備的話，就可以通過在該遠(yuǎn)程I/O上配置兩個網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)總線線路的冗余，而且最大的好處就是大大減少了現(xiàn)場儀表與總線的連接部件從而大大降低了接線成本。如果，從限制能量的角度考慮(運用本安方法)，那么，每個總線分支上允許連接的現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)量就會大大的減少，例如，PROFIBUS PA或FOUNDATION FIELDBUS的每一個總線分支上允許連接的現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)量被限制在610個，但是本來如果沒有能量限制的話，PROFIBUS DP的一個分支上可以連接100多個現(xiàn)場設(shè)備(通過中繼器)。如果這樣做，就需要在有一條通訊電纜的同時鋪設(shè)一條供電電纜。.使用單一的電源模塊(如必要，也可冗余配置)為眾多的現(xiàn)場設(shè)備供電。但是，遠(yuǎn)程I/O并不是用來取代現(xiàn)場總線的，它要通過現(xiàn)場總線與PLC或DCS相連。可以斷言，這種可以直接安裝在危險區(qū)(I區(qū))的具有總線接口的遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)將是我們近年內(nèi)所最最需要的。3. 4小結(jié)寧波港液體化工區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)利用高精度防爆變送器，對罐區(qū)每個儲罐的溫度、壓力、液位、各種可燃?xì)怏w含量進行檢測。圖35監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖該監(jiān)控系統(tǒng)共有三層體系結(jié)構(gòu)，最低層為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從現(xiàn)場各類傳感器設(shè)備中采集數(shù)據(jù)并執(zhí)行控制指令:第二層為實時信息處理系統(tǒng)，由現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)及其相關(guān)信息寫入在這一層的Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析等處理。此結(jié)構(gòu)可以滿足系統(tǒng)二級控制的要求。隨著儀表智能化和通訊數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線已經(jīng)發(fā)展成為集計算機網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場控制、生產(chǎn)管理等內(nèi)容為一體的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS Fieldbus Control System ) 。為多個設(shè)備提供電源(總線供電)?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)是一個“純數(shù)字”系統(tǒng)，而數(shù)