《自动化博览》

   1 前言

    成品油油库作为石油供应链中非常重要的一个环节，广泛利用信息化管理、自动化控制来改善工作环境，提高工作效率和自身竞争力。本文介绍某成品油油库利用西门子S7-400H冗余PLC系统实现库区作业自动化，降低了运行人员的劳动强度，减少了人为因素的参与，保证了库区储运、销售、安全平稳进行；提高了油库生产效率和管理水平、降低了企业运营成本。实现了油库成品油储运、作业控制、销售和管理的一体化控制。

    2 系统功能

    整个油库自动化系统设置一个中心控制室，现场主要设备及仪表的控制和信号电缆直接敷设到控制室。液位计、报警控制器、油气回收系统等智能设备通过信号电缆接入S7-400H冗余PLC系统，或是进入自己的数据系统，如油气回收系统采用独立的PLC系统，S7-400H冗余PLC系统通过网络访问其系统，将所有的数据整合到自动化控制系统一个平台上面，即WinCC上位机，通过冗余WinCC服务稳定工作，对用户通过客户端进行人性化显示，对设备通过PLC进行数据的读写。

    主要实现了下述功能：

     （1）公路发油的定量控制和计算机管理（发油信息的存储、归档和打印等）；

     （2）铁路发油的定量控制和计算机管理（发油信息的存储、归档和打印等）；

    （3）管输电动执行机构的控制、流程温度压力的数据采集；

    （4）检测储罐的液位、界位和温度，并计算存油体积、质量、剩余罐容和剩余库容等；

    （5）消防控制、可燃气体检测、火灾报警、巡检系统等安全管理； 

    （6）油气回收系统的通讯与自动化监控；

    （7）系统的防雷、防浪涌；

    （8）与上级管理部门信息系统预留通信接口。

    通过系统整合，将原来的各个分散系统，不同的协议整合为统一的工业以太网网络，统一的WinCC上位机平台，通过交换机与互为冗余的两台监控服务器通讯，管理办公室、罐区监控系统、公路付油系统、铁路卸油区、油气回收系统均做为客户端访问互为冗余的服务器，实现本班组作业监控管理，同时可根据用户权限管理，实现跨班组生产作业浏览、控制。同时，不同班组生产作业可实现设备的自动连锁，减少人员操作，防范事故发生。

    3 系统配置

    本系统采用的主要自动化系统设备为：S7-400H冗余PLC一套，主要负责9个下装车位公路定量装车设备控制及数据采集，主要设备有流量计、电液阀、泵铂热电阻、第三方通讯设备；S7-400两套、S7-300三套、ET200M分布式I/O 12套、WinCC服务器两台、客户端6台、触摸屏1台，及其相关的SIEMENS配套软件，如服务器组件、PLC编程软件、模拟仿真软件等。

    3.1 S7-400H冗余PLC性能与配置

    本系统中全部采用SIEMENS PLC产品，主要为S7-400H、S7-300产品，本节重点介绍S7-400H的性能及配置。在许多自动化领域中，要求容错和高可靠性的自动化系统的应用越来越多。特别是在某些领域，停机将带来巨大的经济损失。在这种情况下，只有冗余系统才能满足高可靠性的要求。高可靠性的SIMATIC S7-400H能充分满足这些要求。它能连续运行，即使控制器的某些部件由于一个或几个故障而失效也不受影响。为了保证油库的自动化作业安全稳定运行，便于维护，所以采用该系统。

    本系统SIMATIC S7-400H 配置包括以下部件：

    2 个中央控制器（机架）；

   2 个分立的中央控制器 UR1/UR2，或 1 个分割为 2 个区的中央控制器（UR2-H）；

     每个中央控制器有 2 个同步模板，通过光纤连接这两个控制器；

    每个中央控制器有一个 CPU 413-2H；每个中央控制器有一个 CP 443-1以太网模板；

    ET 200M 分布式 I/O，2个IM153切换型配置，I/O模板及FM/CP模板在远程机架进行配置。保证与每个CPU的通讯。

    3.2 WinCC服务器/客户端配置

    SIMATIC WinCC基于 Windows 平台，能为工业领域提供完备的监控与数据采集（SCADA）功能，涵盖单用户系统直到支持冗余服务器和远程 Web 客户机解决方案的多用户系统。WinCC 是跨公司垂直集成交换信息的基础，它采用了工厂智能，可以实现更大程度的生产过程的透明性。本系统采用WinCC 7.0版本、服务器客户端模式，通过WinCC 智能选件实现了监控级和制造执行系统级的连接，从而可以高效地进行生产数据的采集、归档、压缩、分析和发布工作，使生产过程具有更大的透明性和灵活管理。

     WinCC的配置如图1所示：  
            
                               
                                        图1    WinCC配置图

    3.3 工业以太网配置及网络管理

    PLC系统中，400系列系统中，配置CP443-1以太网模板，300系列系统中配置CP343-1以太网模板，HMI系统采用CP1623网卡，通过交换机，组成工业以太网，实现与HMI及PLC之间的通讯。

    以CP 443-1为例，CP 443-1是用于连接 SIMATIC S7-400 到工业以太网的通讯处理器。由于其自身备有处理器，从而解除了CPU 的通讯任务并有助于另加连接。通过 CP 443-1，SIMATICS7-400 可与以下设备进行通讯：

    编程器/PC；

     主机 PC；

     HMI 设备；

    SIMATIC S5/S7/C7 系统；

     PROFINET CBA 部件；

     PROFINET IO 设备。

    WinCC服务器配置CP1613以太网卡，通过SIMATIC NET软件对PC站的组态，对CP1613的工作模式及配置的组态，整体网络的配置与下载，实现WinCC服务器通过工业以太网对PLC的数据采集，服务器与客户端通过WinCC的配置，实现数据C/S结构通讯。

    根据油库库区的实际情况和SIEMENS产品特点，考虑工业以太网网络的冗余，通过系统整合，油库库区的工业以太网采用环形结构，提高了可靠性，为了便于网络维护与管理，提高网络的效率和安全性能，通过对思科、西门子交换机等设备VLAN的划分，对网络进行了逻辑设计，进行IP地址与终端的对应，方便了网络维护与管理，同时很大程度上提高了网络的安全性，保证了自动化网络的专一和安全。

    4 结束语

    油库自动化监控系统采用SIEMENS的系列产品，包括PLC产品、WinCC产品和相关配套软件，针对客户使用需求，经过编程组态，实现了油库各级的自动化作业，PLC在系统运行过程中稳定可靠，维护方便。上位机WinCC编程灵活，可扩展性强，实现了油库业务管理系统与自动化监控系统数据通讯与共享，进行了完美结合。通过编程组态，完成了自动发油、自动收油、罐区计量、油气回收等区域自动化作业，完成了安全消防相关设备数据采集及监控，功能齐全，安全可靠，降低了对操作人员的要求，提高了安全生产效率。

    李永明（1979-）男，山东寿光人，毕业于中国石油大学工业自动化专业，工程师，现就职于中油龙慧自动化工程有限公司，主要从事自动化工程项目实施与管理方面的工作。

      李艳钊（1978-）男，河北保定人，毕业于河北科技大学机械制造及其自动化专业，工程师，现就职于中油龙慧自动化工程有限公司，主要从事自动化工程项目实施与管理方面的工作。  

    摘自《自动化博览》2011年第十一期