化工企业安全监控预警系统

1、. 化工企业平安监控预警系统 2007年4月18PAGE ：.；第PAGE 40页安生信息科技 效力87286339 :wqmsafetys 化工企业平安监控预警系统研究报告安生信息科技2007年4月工程概述:对化工罐区进展有效的监控对提高管理程度，降低工人的劳动强度，改善工人的任务条件，防止事故的发生等等方面具有非常重要的意义。在我国，长期以来对罐区和码头的管理主要是靠人工进展，并没有真正意义上的“监控系统。随着各种新技术、新方法运用到储罐计量领域，到了90年代初，各罐区储罐上根本都配备了可以对液位进展自动丈量的仪表，操作人员就可以坐在控制室里经过二次仪表纵观各

2、储罐的情况，但是详细的控制任务仍需人工进展。随着工业总线系统实际的提出和产品大量进入工业过程控制，自动化控制系统及仪表正向着数字化、智能化和网络化(或分散化)方向开展，而利用PROFIBUS总线就能很好得实现对大型复杂系统的远程控制。防爆远程I/0系统的出现处理了传统防爆系统、产品投资高、可靠性低、运用复杂等问题，在工业领域得到广泛运用。基于Prof ibus现场总线技术的现场控制器真正表达了过程自动化的分散控制概念，控制可以从地理上分散到各个现场总线器件中，而不是像传统的DCS系统，一切的控制战略是在其内部做出的。现场总线控制系统成为控制系统开展的方向，积极开发基于现场总线的控制系统，推进工

3、业自动化的开展成为当今的重要课题。本报告经过分析国内外工业控制现场总线网络系统的主流类型、特点、运用领域以及对宁波港镇海港埠液体化工区现有监控系统情况进展仔细分析，对集散控制系统，现场总线控制系统和远程I/O的特点进展详细比较，提出以新型远程I/O为根底的两层现场总线控制系统，对罐区监控系统进展了系统构造和系统软、硬件设计，并胜利运用于宁波港液体化工区。本文设计的系统采用支持PROFIBUS现场总线协议的西门子SIMATIC S7-400为PLC，用德国CEAG公司的现场防爆Il0产品建立防爆远程I/0站采集现场数据，采用PROFIBUS-DP总线来实现数据信号的传输，从而实现化工区的远程监控

4、。重点处理的是在工罐区防爆、防火、防腐的特殊条件下，PLC系统和现场防爆I/O产品的选择。关键词:PROFIBUS，现场总线，远程防爆I/0站目录第一章绪论11. 1研讨背景11. 2研讨的目的和意义21. 3国内外相关技术及其开展31. 4研讨的主要内容4第二章宁波港液体化工区现状分析52. 1宁波港液体化工区概略52. 2装卸工艺简介72. 3监控现状及分析8第三章系统总体设计的根本思绪103. 1监控系统设计原那么103. 2监控系统的功能要求123. 3监控方案研讨143. 3. 1分散控制系统(DCS)143. 3. 2现场总线控制系统(FCS)153.3.3远程I/0控制系统173

5、. 3. 4监控方案比选193. 4小结20第四章监控系统通讯网络研讨224. 1现场总线技术概述224.1.1现场总线的主要特点224. 1. 2现有的几种现场总线234. 1. 3现场总线的开展趋势254. 2通讯网络选型264. 2. 1三菱CC一Link网络264.2.2 Omron Controller-Link网络274. 2. 3 Siemens Profibus网络284. 2. 4小结314.3 Profibus-DP网络设计314.3.1 Profibus-DP行规314.3.2 Profibus-DP系统配置32第五章监控系统的硬件设计335. 1现场防爆设备335. 2

6、远程工/0从站的设计345. 2. 1防爆远程I/0站的选择345. 2. 2防爆远程I/0站的设计385. 3 PLC控制站的设计375. 4监控层的设计39第六章结论42第一章绪论1. 1背景随着化学、石油工业的不断开展，世界各国对液体化工制品的需求也在不断地添加。为了满足这一要求，各国纷纷建立为数众多的化学工厂来消费相关的产品，而为了方便液体化工原料、中间体和制品的运输、接卸、存储，在沿海地域港口建立了许多不同功能罐区，用以存储、运输种类繁多的液体化工原料、中间体和制品。这些港口的管理部门每天都需求掌握罐区每个储罐罐内存储介质的液位、温度、压力、体积和质量、罐区内可燃气体浓度以及码头的管

7、道压力、连通管道流量、阀门形状和可燃气体浓度等重要数据，既要保证数据的准确和及时，又要确保储罐、码头的平安，防止不测事故的发生。因此，罐区储罐和码头参数的准确检测，码头以及罐区各作业流程的有效管理是非常重要的。在我国，长期以来对罐区和码头的管理主要是靠人工进展，并没有真正意义上的“监控系统。对储罐计量，最初只是靠有阅历的工人利用检尺经过对各储罐的液位高度进展丈量(即通常所讲的“人工检尺)的方法来对储罐进展监视。该方法原始而又繁琐，人为要素影响大，精度低。为了提高对储罐参数丈量的精度以及维护工人的身体安康，减轻工人的劳动强度，一些兴隆国家从八十年代开场，就借助于微电子、计算机、光纤、超声波、传感

8、器等高科技的迅猛开展，将各种新技术、新方法运用到储罐计量领域，使储罐自动计量呈现出集功能、精度、现场一体化的新局面。到了90年代初，各罐区储罐上根本都配备了可以对液位进展自动丈量的仪表。该仪表普通由一次仪表和二次仪表两部分组成。位于现场的一次仪表采集各储罐的液位参数并经过一致的模拟信号如4-20mA的直流电流信号或某种公用的通讯协议送往集中控制室的二次仪表。此时操作人员就可以坐在控制室里经过二次仪表纵观各储罐的情况了。但经过这些二次仪表仅仅可以对储罐参数进展“监视而无法实施控制，因此详细的控制任务仍需人工进展。随着消费规模的不断扩展，罐区的规模也越来越大，液体化工原料、中间体和制品的种类也不断

9、添加。对罐区的管理也提出了越来越高的要来，而由操作人员对罐区储罐、管道及码头的过程数据的定时巡检记录、汇总、分析显然越来越显示出其在实时性、准确性、合理性方面的缺乏。因此管理人员的责任和压力也不断添加。随着计算机技术的不断开展，可靠性的不断提高，以及价钱的大幅度降低，计算机在工业中的运用越来越普及。可编程控制器(PLC )以及由多台计算机递阶构成的集中与分散相结合的集散控制系统DCS (Distributed Control Systerm)被广泛地运用到各行各业。因此，近年来人们开场尝试运用计算机构成监控系统来对罐区进展综合的管理。有关资料显示，在兴隆国家中罐区监控系统已普遍运用了DCS。在

10、罐区DCS监控系统中，罐区现场的仪表将温度、液位、压力等参数转换成一致的模拟量信号，点对点地送往控制室可编程控制器。然而罐区突出的特点是:系统地理分布广泛、控制分散、范围大，因此假设系统构造采用点对点衔接方式时，就需求用到比普通安装多得多的电缆、接线端子及桥架等附件，系统施工时要耗费大量的人力，且很难保证衔接的可靠性，为数众多的衔接点及缺点诊断的困难也给日后系统的检修及维护带来很大的不便。并且长间隔 的信号传输使信号的精度大大降低。为理处理这些问题，国内外的一些专家、学者正在努力将近年来开展很快的现场总线技术运用到罐区的管理中来。现场总线是近年来迅速开展起来的一种数据总线，它主要用于现场的智能

11、化仪器仪表，控制器、执行机构、I/ 0模块等现场设备间的信息传送。智能仪表和安装之间采用现场总线技术进展数字通讯，而不再用模拟信号经过电线、电缆进展互连，使信号传送方式发生了根本性变化。从而将大大节省电线、电缆数量，使信号传送更加可靠、经济，各个仪表及安装的互连更加方便灵敏。现场总线技术的开展和成熟，将使目前常见的分散控制系统面临强大冲击。采用现场总线技术构成的分散控制系统，功能将更加分散，系统构成将更加灵敏，系统可靠性将大大提高。但是，目前在罐区领域中，由于罐区环境带有潜在爆炸危险，其运用一定会遇到有别于其它环境的问题，因此，现场总线在罐区运用的实例还不多见。1. 2研讨的目的和意义以宁波港

12、液体化工区镇海港区为例,地处，始建于1985年，现有各类储罐180余台，总容量近70万立方米，拥有1000吨级至5万吨级的各类液化公用泊位9座，已接卸苯、醇、酸、烃等10大类80多个种类的液化品。2005年，镇海港区的液化吞吐量达350万吨，液化品吞吐量已延续10年坚持全国第一，是我国最大的进口液化品中转基地。目前，宁波港液体化工区内各罐区的自动化管理程度普遍很低，通常采用常规仪表进展现场监控，罐区、管道及码头的过程数据由操作人员定时巡检记录，人工汇总分析，自动化程度低且容易产生错误。近年来，随着宁波港化工业务量的不断扩展，液体化工种类的添加，以及罐区规模、储罐数量的添加，对化工区储存、装卸、

13、管理提出了越来越高的要求，特别对罐区的自动化管理程度提出了更高的要求。另一方面，随着自动化控制实际程度、计算机运用技术与通讯技术不断提高，以及工业计算机监控系统在工业消费过程中的胜利运用，为宁波港液体化工区监控系统的建立提供了技术保证。当前，对宁波港液体化工区监控系统进展改造和晋级己迫在眉睫，经过本课题研讨，可以为镇海港埠正在实施的“化工区监控系统技改工程提供详细的设计根据和指点。新型远程I/O的出现为处理罐区监控系统硬件构造方面目前面临的难题带来了希望，但是该产品刚刚问世不久，还缺乏可自创的实践运用的阅历。因此，经过本报告的研讨将其运用到实践的罐区监控系统中去，一方面更好地处理实践中的问题，

14、另一方面建立完成必将对于提高宁波港液体化工区自动化管理程度，降低工人劳动强度，改善工人任务条件，防止事故发生，减少系统改造初期投资，以及减少今后运转费用等方面具有非常重要的意义。1. 3国内外相关技术及其开展随着计算机技术的快速开展，计算机广泛地运用到工业控制的各个领域。它的引入大大提高了工厂自动化程度，改善了自动化管理程度。计算机控制技术是自动化技术和计算机技术两个学科相结合的产物，它是工业自动化的重要支柱。计算机控制技术的广泛运用，促进了消费的柔性化和集成化，提高了工厂配备的技术程度，节约了能源，降低了耗费，提高了产质量量，提高了劳动消费率和产品的国际竞争才干，降低了环境污染，改善了劳动条

15、件，保证了消费平安可靠，改善了企业的管理方式，建立了顺应现代市场经济的企业内、外部管理机制，从而提高了企业经济效益，促进了社会和经济的开展。近年来，自动化仪表及安装的开展有着数字化、智能化、模块化、高精度化和小型轻量化的特点，出现了分散型控制系统(DCS)、总线式工控机、可编程控制器(PLC)和调理器、智能变送器和新一代现场总线式智能仪表等。其中，智能化是自控安装开展的最重要特点，而现场总线(Fieldbus)技术，使自控安装间信号传送，由模拟量变为编码的数字量，实现了信号传送的一次革命。微电子技术的开展，使得各种体积小、功能强、速度快的微处置器不断涌现。而自控安装的智能化，就是以微处置器为中

16、心来研制构成各种智能仪表、I/0模块、模板，智能外设和其他智能控制安装。微处置器的参与，使得各种控制设备具有数学运算、逻辑判别、信息存贮等智能，极大地提高了设备的功能，提高了可靠性，简化了电路、降低了本钱，使控制设备发生了一次“质的飞跃。智能控制安装有可编程、可记忆、数学运算及丰富的数据处置才干和数字通讯功能等显著特点。与常规控制安装相比，智能控制安装具有丈量精度高、可以自动校准、具有自动修正误差和自诊断(自检)才干，允许灵敏地改动功能，可以实现高级控制，可以经过数字通讯构成复杂控制系统等优点。因此，研制和运用智能仪表及安装已成为当前自控领域的开展趋势，智能仪表将逐渐替代常规仪表。现场总线是近

17、年来迅速开展起来的一种数据总线，它主要用于现场的智能化仪器仪表，控制器、执行机构、I/ 0模块等现场设备间的信息传送。智能仪表和安装之间采用现场总线技术进展数字通讯，而不再用模拟信号经过电线、电缆进展互连，使信号传送方式发生了根本性变化。从而将大大节省电线、电缆数量，使信号传送更加可靠、经济，各个仪表及安装的互连更加方便灵敏。现场总线技术的开展和成熟，将使目前常见的分散控制系统面临强大冲击。采用现场总线技术构成的分散控制系统，功能将更加分散，系统构成将更加灵敏，系统可靠性将大大提高。总之，随着科学技术的开展，化工过程控制技术的软硬件支撑手段有了艰苦改观，推进了化工过程控制技术的迅速开展。电子技

18、术和计算机技术的开展，使自动化仪表及安装的更新换代速度越来越快，其中仪表的智能化和现场总线技术是最有开展前景的技术。自动控制实际和人工智能相结合，构成了新型的智能控制实际，推出了模糊控制、人工神经元网络控制、专家控制等多种控制方法。可以预测，多目的柔性化工间歇过程控制战略研讨、软丈量技术运用研讨、化工过程动态仿真技术研讨、人工智能技术在化工中的运用和远程监控与在线优化技术研讨等课题将成为21世纪化工过程控制技术所需研讨处理的重点课题。1.4报告研讨的主要内容1.分析宁波港液体化工区目前的罐区情况、工艺流程和监控情况，提出存在的问题;2.在满足用户对监控系统要求的前提下，对宁波港液体化工区监控系

19、统的设计要求，设计原那么和总体构造进展研讨;3.对于罐区监控系统的DCS方案，现场总线方案和远程I/O方案各自的优缺陷进展详细的比较和分析;4.结合本系统的特点和设计要求根底上，经过监控系统通讯网络研讨，完成网络系统构造和通讯方式的选择:5.根据系统的构造，完成监控系统硬件的实现，为镇海港埠正在实施的“化工区监控系统技改工程提供详细的设计根据和指点。第二章宁波港液体化工区现状分析2. 1宁波港液体化工区概略宁波港液体化工区地处宁波港镇海港区，位于宁波雨江入海口的北面，东临东海，北靠杭州湾，前有舟山群岛作天然屏障，地理位置非常优越。该区域开展起步于1985年，自国内首座液化公用泊位16#泊位建成

20、投产以来，经过近二十年的开发建立，目前已拥有液化油品)装卸泊位9座，其中全国最大的5万吨级(兼靠8万吨级)液化公用泊位2座，万吨级泊位1座，3000吨级以下泊位6座，己构成500万吨的年设计吞吐才干:液体化工区陆域面积0.82平方公里，建成液化油品储罐180余座，总容量近70万立方米。目前，宁波港液体化工区己有15家各类合资性质的专业液化油品仓储企业在此落户，并与国内外40多个港口和地域建立了业务往来。到2005年年底，己接卸苯，醇，酮，酸，烃等10大类80多个种类的液化品，累计完成吞吐量近1300万吨，液化品吞吐量已延续10年坚持全国第一，是我国最大的进口液化品中转基地。宁波港液体化工区共有

21、150余个单独的储运系统，由各种储罐、管道、控制阀门等部分组成，主要储存甲类、乙类、丙类等液体化工产品，以及原油、废品油、燃料油等油品。液体化工区的主要作用是从输入设备(如船舶、火车等)接纳液体化工原料，暂时储存后，用物料泵经过管道、汽车、火车或船舶保送到用户。液体化工区的监控系统即对储罐、管道、码头的工艺参数进展有效的控制，是消费过程自动化管理的根底。宁波港液体化工区从功能构造上来看，主要包括:码头装卸系统，岸上仓储系统，工艺储运系统，公路铁路出运系统，平安消防及环保系统，辅助设备系统等部分。本课题涉及宁波港液体化工区的主要由分布在不同地理区域的35个储罐及6个码头的装卸储运系统组成，详细如

22、下:码头:1) 12#泊位;4) 16#泊位;2) 13#泊位:5) 17#泊位;3) 14#泊位;6 ) 18#泊位;罐区:(括号中标注为各个罐区的储罐数目)1)丙烯睛罐区(2 ); 9)红剑罐区(2):2)三罐区(3); 10)翔盛罐区(2);3)一罐区(3); 11)纵横罐区(2);4)远东罐区(3); 12)天元罐区(2);5)恒逸罐区(4); 13)华鑫罐区(2);6)赐富罐区(2); 14)南方罐区(2);7)荣盛罐区(2); 15)雄峰罐区(2);8)埃力生罐区(2);为了方便管理和数据采集，这些储罐、码头被划分为如下所述的7个区域。如图2一1所示。1#区域，包括:丙烯睛罐区、1

23、2#、13#、14#泊位，共2个储罐，3个泊位:2#区域，包括:三罐区、16#泊位，共3个储罐，1个泊位;3#区域，包括:一罐区、远东罐区、恒逸罐区，共10个储罐;4#区域，包括:赐富罐区、荣盛罐区、埃力生罐区，共6个储罐;5#区域，包括:1?#泊位，共1个泊位;6#区域，包括:18#泊位，共1个泊位:7#区域，包括:红剑罐区、翔盛罐区、纵横罐区、天元罐区、华鑫罐区、南方罐区、雄峰罐区，共14个储罐;2. 2装卸工艺简介宁波港液体化工区是目前国内规模最大的液化品装卸中转基地，由于其泊位集中，罐区密集，整个区域规划紧凑，装卸工艺系统比国内其他从事液化作业的港口较为复杂。目前国内从事液化品装卸的港

24、口数量正在迅速增长，但相对而言这些港口在规模上均比较小，公用泊位数量少，而泊位与罐区之间的功能也相对较为固定，即一个泊位固定对应一个或几个罐区群落，泊位与泊位间缺乏应有联络，机动灵敏性较差。宁波港液体化工区工艺规划的一个显著特点是各主要泊位间可以经过联通管线进展相互贯穿，这使得泊位利用率大大提高，机动灵敏性加强，这种工艺方式可使船舶在恣意主要泊位上均能把货卸到指定的储罐，或直接在两个泊位间进展中转直取装卸。大部分液体化工产品均属易燃易爆，有毒有害，污染环境的危险品，在日常运输过程中普通均采用公用运输工具和管道进展运输装卸，其根本装卸消费工艺流程如图2一2所示:图2-2液化品装卸消费工艺流程图停

25、靠于各泊位的海轮，其液体化工产品经海轮自备泵，利用泊位上设置的输油臂或金属软管，将化工液体送至各罐区储罐内储存待发。各储罐内的化工液体，经过罐区自备泵，将化工液体因需送往泊位装船，或送往火车栈台装火车槽车外运，以及送往各罐区自设的汽车栈台装汽车槽车外运。山火车、汽车运到的液体化工产品经输液泵送到储罐储存，再经泵装船外运或直接从火车装船外运。另外，经过泊位之间设置的连通管，还可使各个泊位之间到达船舶直取的装卸功能。2. 3监控现状及分析目前，每个储罐上安装了高位报警开关，每个储罐顶、中、底三个部位分别安装了三个PT100防爆铂热电阻的探头，罐区内安装了可燃气体浓度检测探头，每个储罐上还安装了一台

26、雷达液位计，控制室内安装了对应的二次仪表。每个储罐上控制液体化工制品出入的阀门均为手动阀，操作人员经过二次仪表所显示的储罐内介质的液位值，了解每个储罐的情况，同时通知位于储罐旁的操作工对液体化工制品的导入和导出实施控制，即系统的控制由人工来完成。每个储罐的情况如图2-3所示。图2-3储罐工艺控制点表示图由于罐区的分布较广，为了减少每一次实施的人工控制所需求的时间，即降低系统控制的时滞，就要求有一些操作工在控制室内监视各二次仪表的显示数据并据此经过可防爆的对讲机向另外一些位于储罐旁的操作工发出控制命令。这样做，一方面需求的操作工的数量较多;另一方面位于室外的操作工的任务环境非常的恶劣，有毒有害气

27、体的腐蚀以及恶劣的天气都对这些人员的安康呵斥许多不良的影响。而且，各储罐的参数也由人工进展记录，罐区调度室假想象了解每个罐的情况也要等这些人工报表送去以后刁可以，这就给整个罐区及时有效的管理带来了很大的妨碍。另一方面，罐区内的这些现场仪表大部分运用年限较长，型号繁多，功能不一，并且丈量误差偏大，部分仪表己不能正常任务。罐区、管道及码头的过程数据均由操作人员完成，定时巡检记录、人工汇总分析，自动化程度低且容易产生错误。大大降低了化工区数据采集的实时性、集中性，对化工区的平安消费管理呵斥不利。因此，为了使化工区的平安消费得以顺利进展，提升全国港口第一大液体化工区笼统，对宁波港液体化工区监控系统进展

28、改造和晋级已迫在眉睫。2005年，宁波港集团镇海港埠把化工区计算机监控系统列入年度技改方案，要求改造后的系统能对化工区在该公司管理内的一切储罐进展监控，对工艺管线、码头进展流程显示及监测，从而提高化工区自动化管理程度。报告需经过国内外工业监控系统现状、开展程度及方向的分析、比较，设计一套适宜于宁波港液体化工区实践情况，先进的、高效的、功能齐全的、经济性好的监控系统，为镇海港埠正在实施的“化工区监控预警系统技改工程提供详细的设计根据和指点，从而使该系统建成后能保证平安、可靠地运转。第三章系统总体设计的根本思绪3. 1监控系统设计原那么鉴于宁波港液体化工区监控系统运用于化工码头及罐区，系统范围大，

29、涉及的设备多，该系统是了解整个宁波港液体化工区设备运转和形状的关键系统，对保证平安消费、高效运作起着非常关键的作用，因此在系统设计与实施过程中，应主要遵照以下设计原那么:1、平安可靠用于监控系统中的计算机，尤其是直接与工业过程相连的前端计算机与普通用于科学计算或管理的计算机虽然在本质上并没有什么不同，但由于消费现场的恶劣环境、周围的各种干扰和不能延续进展的控制义务，对工业控制计算机(普通简称工控机)在可靠性与平安性上的要求便大大高于普通的计算机。由于一旦计算机出现缺点，控制系统将会瘫痪，轻者影响消费，呵斥产质量量不合格，重者那么会呵斥人员和设备的事故。另一方面，由于化工过程控制的对象往往是延续

30、工艺流程的一部分，一个系统的事故很能够会引起前、后工序的联锁反响，最后导致整个消费线的失调。因此，在计算机远程控制系统的整个设计过程中，务必将平安可靠放在首位。首先，应该选用高性能的工控机承当过程控制义务。由于工控机在整机的机械、防振动、耐冲击、防尘、抗高温、抗电磁干扰、抗电流干扰等方面往往针对消费现场的特点，采取了特殊的处置措施，以保证系统在恶劣的工业环境下仍能正常运转。其次，在设计控制方案时要思索各种平安维护措施，使系统具有诸如异常报警、事故预测、缺点诊断与处置、平安联锁、不延续电源等功能。再次，为预防计算机出缺点，后备安装的设置是必需的。对于普通的控制回路，可以选用手动操作器作为后备;对

31、于必需采用自动控制的重要回路或特殊回路，可采用常规控制仪表或后备计算机作为后备。这样，一旦系统出现缺点，就可将后备安装切换到控制回路中，维护消费过程的正常运转。2、操作、维护与维修方便操作方便主要表达在要求系统便于掌握、操作简单，而且显示画面直观笼统。由于系统投运后将由操作工进展日常操作与维护，所以在思索操作的先进性同时，还应兼顾操作工以往的操作习惯，使操作工容易掌握，而并不强求他们掌握计算机知识。例如，操作工己经习惯了PID调理器的面板操作，那就是或在硬件上或是在CRT画面上设计成回路操作显示面板(画面)。另外，人机对话的操作也应简单明了，尽量采用图示与中文操作提示，热键设置不宜太多。对重要

32、的参数要设置一些维护性措施，添加操作的鲁棒性。维修方便要从软件与硬件两个方面思索，目的是易于查找缺点、排除缺点。硬件上宜采用规范的功能模板式构造，便于及时查找并改换缺点模板。模板上还应安装上作形状指示灯和监测点，便于检修人员检查与维修。厂在软件上应配备检测与诊断程序，用于查找缺点源。必要时还应思索设计容错程序，在出现缺点时能保证系统的平安。3、实时性强实时性是绝大部分监控系统最主要的特点之一，它要对内部和外部事件都能及时地呼应，并在规定的时限内作出相应的处置。系统处置的事件普通有两类:一类是定时事件，如定时采样、运算处置、输出控制量到被控制对象等:另一类是随机事件，如出现事故后的报警、平安联锁

33、、打印恳求等。对于定时事件，由系统内部设置的时钟保证定时处置。对于随机事件，系统应设置中断，根据缺点的轻重缓急，预先分配中断级别，一旦事件发生，根据中断优先级别进展处置，保证最先处置紧急缺点。4、通用性好监控系统的研制与开发需求一定的投资和周期，在设计开发监控系统时应尽量思索采用积木式的模块化构造。在此根底上，再根据各种不同设备和不同控制对象的控制要求，灵敏地构成系统。这样设计出的系统便于随时进展系统的扩展或改造，通用性好。控制系统的通用性和灵敏性设计详细表达在硬件与软件两个方面。硬件方面宜采用规范总线构造，配置各种通用的功能模板，并留有一定的冗余，在需求扩展时只需添加相应功能的通道或模板就能

34、实现。在系统监控软件和控制算法等软件设计中也应采用规范模块化构造。类似硬件设计，软件设计中也可按控制需求选择各种功能模块灵敏地构成控制系统整体软件。5、经济效益高监控系统除了满足消费工艺所必需的技术质量要求以外，也应该带来良好的经济效益。这主要表达在两个方面:一方面是系统的性能价钱比要尽能够的高，而投入产出比要尽能够的低，回收周期要尽能够地短;另一方面还要从提高产质量量与产量，降低能耗，减少污染、改善劳动条件等经济、社会效益各方面进展综合评价，有能够是一个多目的优化问题。随着计算机技术的飞速开展，自动控制和自动化设备更新换代非常频繁，在设计监控系统时应充分思索监控方案的先进性和设备、通讯等的先

35、进性，在尽量缩短设计研制周期的同时，要有一定的预见性。3. 2监控系统的功能要求根据镇海港埠化工队消费装卸实践情况，宁波港液体化工区监控系统应该具有以下的功能:1.对罐内液位、温度、压力，罐区可燃气体，阀门形状进展监测:对码头可燃气体浓度，连通管道压力、流量、阀门形状进展监测。监控系统主要采集模拟量、数子量、开关量等数据。1)模拟量的采集。需求采集的模拟量主要有:温度传感器、压力传感器、可燃气体检测仪等输出的4-20mA电流信号;2)开关量的采集。需求采集的开关量主要有:阀门形状、继电器形状、手动/自动选择开关形状。3)数子量的采集。主要是液位变送器、输油管上流量计数器计数脉冲的采集。2.操作

36、控制对泵进展启停控制，对消防水喷淋进展控制。本系统可以全自动管理和控制监控任务，流程作业情况要求能在中控室监视器监看，但为了在特殊情况下人可以超越计算机进展控制，因此，应设置手动自动控制方式的转换开关。3.报警记录为了分析现场设备缺点的方便，应设置缺点报警记录功能，监控单元设置好各任务参数的报警阀值，如液位、温度、压力上限和下限，并在运转过程中对这些任务参数循环进展越限监视，以便实时记录报警事件、报警位置、发生的时间、报警缘由，并生成报警表，供查询分析。4.事件记录SOE (Sequence of Events)包括启动自检记录，进出料记录，缺点报警记录，系统管理员登录记录，监控参数阀值修正记

37、录等，并记录下一切事件的发生时间。5.人机交互利用工业通用组态软件开发监控软件平台，实时显示现场任务情况和操作结果，比如:监控参数阀值修正、自动生成报表、各操作界面的切换等，界面友好，图形元素丰富、明了，操作简便，极易上手。6.报表生成和打印按照镇海港埠化工队消费要求的周期和格式，生成日报、月报、季报和年报，并在局域网内部共享，供管理部门打印、存档;根据事件记录信息生成和打印运转日志。 7.趋势曲线趋势曲线的生成和显示作为监控系统的一个重要环节，可以直观反映一些重要任务参数的变化情况，比如液位实时和历史曲线可以看出每个储罐每天任务量(进料和出料)，进而来平衡各物料泵的任务时间以到达延伸物料泵运

38、用寿命的目的。趋势曲浅分为实时趋势曲线和历史趋势曲线，分别对应实时数据库和历史数据库。8.数据库管理监控系统的数据库管理也是很重要的环节，历史数据的构成和存储是数据库管理的主要内容，此外，为满足宁波港液体化工区管理的需求，必需进展一些数据处置任务。9.网络功能接入内部局域信息网，生成报表和数据库文件，供管理部门读取阅读。10.系统扩展本系统经过添加模块可以逐渐扩展，罐区自动灌装、照明等部分均可以纳入该系统，构成宁波港液体化工区现场综合管理控制系统。系统功能表示图如图3-1所示。图3-1系统功能表示图3. 3监控方案研讨随着计算机技术的不断开展，可靠性的不断提高，以及价钱的大幅度降低，计算机在工

39、业中的运用越来越普及。目前，计算机控制系统大致可分以下几种类型:(1)数据采集系统;(2)操作指点控制系统:(3)监视控制系统(SCC); (4)直接数字控制系统(DDC);(S)多级分布式计算机控制系统(DCS);(6)基于现场总线技术的计算机控制系统(FCS ); (7)远程I/O控制系统。根据宁波港集团镇海港埠对监控系统的要求，报告分别对分散控制系统(DCS )，现场总线控制系统(FCS)，以及远程I/O控制系统加以论述、比较，提出最适宜在宁波港液体化工区监控系统中运用的系统总体方案。3. 3. 1分散控制系统(DCS)此系统的构造表示如图3-2所示。图3-2分散控制系统(DCS)系统构

40、造表示图 被称为“第四代控制系统的分散控制系统(DCS )，是目前计算机监控系统中采用最多的系统构造方式。系统可分为四个大的部分。第一部分为位于现场的现场设备，现场级设备是各类传感器、变送器和执行器，它们都要是满足本质平安要求的设备，其中传感器、变送器将现场各种物理量一致转换为4-20mA电信号(或者其他类型的模拟量信号)，而执行器那么接受模拟量信号，作用于现场设备。第二部分是将现场信号衔接在一同的大量的电线电缆、接线端子以及现场接线箱、接线柜和铺设电缆所需的电缆桥架等等辅助设备。第三部分为平安栅，主要起到限制从平安区到危险区的能量，使该能量足够小到缺乏以点燃危险区中危险爆炸混合物的程度，同时

41、现场设备的短路或其它缺点也被平安栅隔离，平安栅还起到对一些规范信号进展必要转换的作用。平安栅有齐纳式和隔离式两种类型，只能放置在平安区。第四部分为控制站，采用DCS或PLC。普通由DCS或PLC的CPU单元、各种开关量(DI/DO)和模拟量(AI/AO)以及其它特殊信号的输入/输出卡件、供电电源模块等组成。系统的任务原理为:设备将检测到的各种物理量转换成各种规范信号经过电线电缆传送到平安栅，平安栅将信号隔离后传送到DCS/PLC的输入卡件，输入卡件将这些规范信号转换成DCS/PLC内部的信号并传送到CPU中进展处置，处置的结果再经过相反的途径传送到现场的执行器。该系统的优点在于:1.构造的原理

42、简单，容易被普通的维护及操作人员所了解;2.某一点的缺点普通不会影响到其它的点即缺点的涉及面易于控制;3.现场设备为所谓的“传统型，与“总线型设备比较起来历史悠久更重要的是可选择的范围宽。但是，该系统的缺陷也是十清楚显的:1，现场设备与控制室之间的间隔 远，因此在构成系统时就需求大量的电线电缆、接线端子及桥架等等辅助设备，系统的硬件本钱高;2.系统控制器冗余的本钱高;3.很难保证为数众多的衔接点都可以一次性的做到衔接准确而结实;4.系统的安装及调试需求大量的人工，因此系统的人工费用本钱也高;5.系统调试及运转后的缺点点诊断非常困难;6.模拟信号的长间隔 传输，使得信号的衰减和干扰问题非常的突出

43、;7.由于不同厂家的DCS/PLC之间有较大的差别，因此不同系统之间的信息无法共享，呵斥了一个又一个的“信息孤岛。3. 3. 2现场总线控制系统(FCS)此系统的构造表示如图3-3所示。现场总线控制系统(FCS)被称为“第五代控制系统。这是一种新的控制系统，它是在现场总线技术开展的驱动之下构成的新型网络集成式分布控制系统。整个系统以现场总线为根底将系统的各个部分衔接起来。从上面的表示图可以看出该控制系统也分为四个部分。第一部分为现场设备。目前人们将现场设备按照能否具有总线接口分成“传统型和“总线型两大部分。所谓“传统型现场设备是指在现场总线技术出现之前就己经开场运用的不具备总线接口的产品，它们

44、不可以直接挂接到现场总线上。而“总线型现场设备是伴随着现场总线技术的开展而产生的具有总线接口可直接挂接到现场总线上的产品。在该方案中，现场设备都要采用“总线型的产品。第二部分为起到总线分支和防爆作用的总线H1卡和总线平安栅。总线主干经过H1卡被分成许多网段，每个网段上的电流经过总线平安栅后被限制到本质平安防爆所允许的范围之内，但是每块总线平安栅只能接8块以下的现场设备，因此该系统中要配置N块H1网卡和N个总线平安栅，并且H1卡和总线平安栅只能放置在平安区(普通与控制器放置在同一个控制柜内)。第三部分为控制器，常采器具有现场总线接口的DCSIPLC的CPU单元。由于现场设备都具有总线接口(即可以

45、直接挂接到总线上与控制器进展通讯)，因此就无需DCS/PLC的各种输入输出卡件了。第四部分为将前三部分衔接在一同的现场总线电缆，公用接插件及其它的辅助衔接设备。图3-3现场总线控制系统(FCS)系统构造表示图系统的任务原理为:现场设备将检测到的各种参数转换成符合所采用的总线协议的信号，在主控制器读取其数据的总线周期内将这些信号经过现场总线传送到H1网卡，H1网卡将这些信号汇总后传送到主控制器的总线接口模块中，该模块再将这些总线信号转换成DCSIPLC内部可以识别的信号。系统的控制输出信号经过相反的传送到现场的执行器处。现场总线控制系统(FCS)的优点那么在于:1.无需接线端子，节省控制柜空间从

46、而节省了控制室所需的空间;2.电缆衔接经过“即插即用的接插件，接线方便、快速、准确、结实;3.施工简单，任务量小，可节省大量的人工费用;4.系统多种的诊断与自诊断功能，使缺点点的定位非常迅速，从而缩短系统的缺点停车时间;5.在屏蔽电缆内进展数字信号的传输，信号传输精度大大提高;6.系统扩展容易。而现场总线控制系统(FCS)的缺陷是:1.系统构造原理较复杂，普通的维护操作人员了解起来较困难;2.总线上某一从站的缺点能够会涉及到其它从站的正常任务;3. H1网段不支持冗余，因此系统的高可靠性较难保证;4.系统原有的仪表需改换为具备总线接口的产品，改换费用高;5.在构造大系统时，系统的循环时间长，实

47、时性较差。3.3.3远程I/O制系统基于远程I/O的现场总线控制系统。此控制系统的构造表示如图3-4所示。所谓“总线型远程I/O是针对传统的采用某一厂家专有的通讯协议与主控制器进展数据交换的远程I/O产品而言的，即其与主控制器之间是经过开放的现场总线进展数据的交换。图3-4基于远程I/O的现场总线控制系统构造表示图 “总线型远程I/O备平安栅防爆功能的普通型和将平安栅集成在I/O防爆型。而防爆型的远程I/O只能放在平安区和可以直接放置在危险现场的两类产品。普通型的远程I/O，一方面只能放在平安区不能接近现场，失去了远程I/O的优势;另一方面其不具备平安栅的防爆功能，在详细运用时还要再另外运用平

48、安栅来确保系统的平安。而对于防爆型远程I/O中只能放置在平安区的产品而言，其同样具有不能接近现场而失去了远程I/O优势的问题。对于可以直接放置在危险现场的防爆型远程I/O而言，其既可以直接安装在危险现场充分发扬远程I/O的优势，又可以做到本质平安防爆，因此，在做“总线型远程I/O的控制方案时，思索采用此类的产品。报告在后面的讨论中提到的“总线型远程I/O的控制方案，如无特殊声明都指的是采用此类远程I/O的方案。从图3一可以看出，整个的系统可以分为五个部分。第一部分与FCS一样为具有现场总线接口的DCS/PLC的CPU单元，“总线型远程I/O的运用使得DCS/PLC的本地输入输出模块也不再需求了

49、。第二部分为主控器与远程I/O之间的现场总线及衔接附件。此处，现场总线设计为双总线的冗余构造。第三部分为“总线型防爆远程I/O其可以直接放置在危险现场并可以直接衔接“传统型的现场设备并将这些设备的信号转换为总线信号传送到主控制器。第四部分为“传统型的现场设备。第五部分为现场设备与远程I/O之间的衔接电缆及附件。系统的任务原理为:现场设备采集的各种信号以“点对点的方式传送到远程I/O信号进入到I/O卡件后首先经过隔离(即平安栅的作用)然后再转换成符合现场总线协议的信号，这些信号由远程I/O经外部总线传送到主控制器。从主控制器发出的控制信号经过相反的途径传送到现场设备。该系统的优点在于:1.远程I

50、/O直接安装在现场。从而使DCS系统中需运用的现场接线箱、长间隔 的衔接电缆及附件、大量的平安栅及端子和机柜、DCS/PLC的接线端子和I/O卡件等大量的硬件都不再需求了。而仅仅需求为数很少的总线电缆就可将位于现场的远程I/O与DCS/PLC的总线接口模块衔接起来，远程I/O与现场设备之间可以经过很短的线缆进展衔接。即硬件数量大大减少，从而硬件本钱大为降低。2.采用“传统型的现场设备并且原有的液位仪表可以保管，进一步节省了设备投资。3.硬件数量少那么施工就变得简单，从而减低了施工的难度和费用。4.现场信号被远程工I/O就近转换成数字信号后在屏蔽电缆内进展数字信号的长间隔 传输，因此很好地处理了

51、信号的衰减和干扰问题，从而信号的传输精度大大提高。 5.远程I/O的自诊断功能和现场总线的诊断功能，使系统缺点的快速定位可以非常简单地实现。6.冗余的现场总线，确保了系统的平安。7.系统扩展容易。该系统的优势仅仅在于将远程I/O放置在现场，添加了现场的维护任务量。3. 3. 4监控方案比选在化工行业中，有两个不同的过程，一个是所谓的“批量消费过程，另一个是所谓的“延续消费过程。在这两个过程中，一个不测的中途“停车能够会带来很大的损失，因此，系统的延续运转才干是需求首先思索的问题，这也就解释了在该领域内做系统设计的时候为什么非常强调“缺点一平安的缘由了。也就是说，假设采用现场总线，那么，系统的延

52、续运转才干至少不可以比采用传统的控制构造低。传统的控制构造中，某一点的缺点只会影响这一个或几个相关点的任务，不至于影响到整个的控制系统，但是这种点对点的衔接(一根导线上只衔接两个点)概念就与现场总线的在一根总线电缆上尽能够多地串接设备的概念是相互矛盾的。为了做到这一点，就要思索将现场总线系统设计为冗余的构造，但这样做就会降低本钱节省的潜力。同时，又带来了另一个重要的问题，就是要求每个现场设备要具有两个总线接口或者采用环型的总线构造来衔接现场设备，很显然，这样做是不经济的。假设采用一定数量的小型远程I/O来衔接现场设备的话，就可以经过在该远程I/O上配置两个网关来实现总线线路的冗余，而且最大的益

53、处就是大大减少了现场仪表与总线的衔接部件从而大大降低了接线本钱。另一个更为复杂的问题是现场的爆炸防护。常规的爆炸防护方法很简单，例如，经过限制能量来防止产生火花的本安(EX i )方法，经过特殊的外壳来防护的隔爆(EX d)和浇封(EX m)的方法等等。但是，这些方法都与现场总线的根本概念有相抵触的地方。假设，从限制能量的角度思索(运用本安方法)，那么，每个总线分支上允许衔接的现场设备的数量就会大大的减少，例如，PROFIBUS PA或FOUNDATION FIELDBUS的每一个总线分支上允许衔接的现场设备的数量被限制在6-10个，但是本来假设没有能量限制的话，PROFIBUS DP的一个分

54、支上可以衔接100多个现场设备(经过中继器)。如运用隔爆(EX d)或浇封(EX m )的方法(它们经常与增安方法组合运用)，那么，对进入危险区的能量根本上是没有什么限制，但是，这两种方法的缺陷就是在现场设备进展检修或改换之前必需求把供电切断。但对于现场总线系统来说，设备的“热插拔应该是一个起码的要求。当然，可以采用总线是本安的，现场设备用隔爆(EX d)或浇封(EX m)方法的系统方案，也就是说，现场设备均选用无需总线供电的独立供电方式，总线上传送的信号能量到达本安的程度。假设这样做，就需求在有一条通讯电缆的同时铺设一条供电电缆。但是，每一个现场设备的供电也存在较大的困难，由于目前大多数仪表

55、的供电电压都是直流24伏，但直流24伏电源的远传是一个较难处理的问题;假设采用交流220付供电，仪表需求改型不说，交流220伏进入危险现场本身就存在着较大的平安隐患。有没有更好的处理方法呢?比较起来，远程I/O应该是最正确的选择:.与现场设备采用传统的安装衔接方式;.运用单一的电源模块(如必要，也可冗余配置)为众多的现场设备供电;.检修或改换现场设备时可以“热插拔;.更加经济。总结一下上述的情况，发现采用远程I/O的方案要比采用现今的现场总线方案具有更多的优势。但是，远程I/O并不是用来取代现场总线的，它要经过现场总线与PLC或DCS相连。运用远程I/O的主要目的一方面是为理处理现场设备与总线

56、相连需求一致的总线接口的问题，由于给每一个现场设备(包括传送开关量的设备)都配置一个总线接口目前来看是既不经济也不实践的;另一方面是为理处理现场的防爆问题，既可以做到本安防爆又可以带电插拔。进一步分析后，发现远程I/O处理了现场设备与总线相连时需求一致的总线接口这一问题的同时，假设其可以直接安装在危险区域之内，也就是说它不仅仅作为一个本安设备的关联设备(需放置在平安区)而且其本身可以经过不同的防爆方法直接安装在危险区的话，那么，从危险区到平安区的大量的电线和电缆就可以非常轻松地省掉了。可以断言，这种可以直接安装在危险区(I区)的具有总线接口的远程I/O系统将是我们近年内所最最需求的。综上所述，

57、集散控制系统，现场总线控制系统和远程工I/O三个系统比较起来，基于远程I/O的现场总线控制系统的本钱最低且既发扬了现场总线的优势抑制了其优势，又延续了维护和操作人员原有的任务习惯;另外，宁波港液体化工区监控系统需采集的数据较多，一方面这些数据采集点分布范围较广，数据采集点之间的最远间隔 到达了500-600米，另一方面是部分数据采集点位置相对集中;因此，宁波港液体化工区监控系统方案应按照基于远程I/0的现场总线控制系统的思想进展。3. 4小结宁波港液体化工区监控系统利用高精度防爆变送器，对罐区每个储罐的温度、压力、液位、各种可燃气体含量进展检测。数据采集点的分布有范围广，间隔 远的特点。根据点

58、的分布和与中控室的间隔 ，在中控室设置集中PLC系统来采集现场数据显然是不可行的，因此，如上节所述，数据采集系统设计的根本思绪应该是采用分布式I/O系统，即在I/O点较集中的区域，设置分布式I/O站，现场传感器信号就近直接进入分布式I/O站上的I/O模块，然后经过现场总线网络将数据传送到中控室的PLC中，实现数据的采集和处置。基于此，系统构造设计如图3-5所示。图3-5监控系统总体构造图该监控系统共有三层体系构造，最低层为数据采集系统，从现场各类传感器设备中采集数据并执行控制指令:第二层为实时信息处置系统，由现场采集的数据及其相关信息写入在这一层的Web效力器和数据库效力器中，对数据进展统计、

59、分析等处置。将实时数据、历史数据等以Web的方式实时发布;实时发布的信息经过网络同第三层用户端相连，客户计算机赋予一定的权限后可以经过阅读器直接运用和监测现场采集的数据。操作人员可在监控层计算机上监视现场情况并对现场阀门、泵实施操作、控制，而控制站完成现场信号的采集和现场阀门的联锁控制。此构造可以满足系统二级控制的要求。第四章监控系统通讯网络研讨由于宁波港液体化工区监控系统是基于远程I/0的现场总线控制系统，因此，监控系统的通讯网络是以现场总线为根底构架起来的。下面将就监控系统通讯网络进展论述和设计。4. 1现场总线技术概述现场总线技术是伴随着计算机技术、电子技术和信息技术的开展而出现的一项系

60、统技术，它的概念来源于70年代，当时主要思索将操作室的现场信号和到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号的方式传送，不用每个信号都用一组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的开展，现场总线曾经开展成为集计算机网络、现场控制、消费管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS 1 .5M )o第五章监控系统的硬件设计5. 1现场防爆设备根据有关国家规范，罐区属于1区(Zone 1)，即爆炸性气体混合物有能够出现的场所。宁波港液体化工区监控系统一切现场设备的选型均需符合国家关于罐区防爆平安方面的规定:如隔爆热电阻、防爆压力变送器、防爆雷达液位计、现场防爆箱、防爆光纤适配器、防爆工/0站、防爆开关电源等