PLC监控系统在大型罐区消防控制工程中的应用.pdf

赏石 油化 工安 全 环 保 技 术 P E T R O C H E M I C A L S A F E T Y A N D E N V I R O N M E N T A L P R O T E C T I O N T E C H N O L O G Y 2 0 1 1 年第2 7卷第2期 P L C监控系统在大型罐区消防控制工程中的应用 王雪辉 ，邰丕昕 ，孙红升 1 ．中国石油集团工程建设公司大连分公司，辽宁 大连1 1 6 0 1 1 ； 2 ． 廊房开发区华威电子工程技术有限公 司，河北廊房0 6 5 0 0 1 摘要 为了提高油库消防 系统 自动报警水平和 自动监控 水平，在 中国石油商业储备 大 连石化油库项 Ifl新港北库工程 中采用 了一套合理可靠的 自动消防 P L C监控 系统，经过 实践检 验，取得 了良好 的效果，提 高 了消防灭火的准确性、可 靠性及反应速度 ，具有一定 的推 广 价 值 。 关键词 油库 消防 P L C 监控 系统 随着我国国民经济 的高速发展 ，能源在我 国 国民经济中的地位越来越重要 ，因此大型储备油 库的建设又掀起 了新 的高 潮，然而经济 的发展 ， 油库的大规模建设与火灾危险 的增长是并存 的， 同时也带来 了广泛的油库消防安全问题。 量变引起质变，像以往小规模罐 区靠常规继 电器来实现消防控制已不能满足要求 ，为 了保证 大型油库的安全 ，将 火灾扑灭在初期阶段 ，必须 提高其消防系统的 自动化、智能化水平 ，以适应 大型油库 消防需要 ，在本 项 目的消 防系统设计 中，采用了火灾 自动报警与 P L C 自动控制、电视 监控相结合的消防自动报警监控方案，系统在实 际运行过程 中，在稳定性、准确性 、快速性、可 靠性等方面达到了预期的效果。 1 新港北库消防总体设置概况 新港北库 区设有 1 4座 1 O万立方米储油罐 ， 分为 3个罐组 ，分别设有机柜间。根据规范要求， 在控制室要实现对所有 消防设备 的控制 及反馈 ， 而且控制 室要 有人昼夜值班 ，有 两个 可选方案 ， 一 是分散控制 ，二是集 中控制 。结合平 面布置 ， 我们对电压降进行了计算 ，压降符合要求 ，经过 论证 ，决定采用集中控制方式 。 控制系统主要包括火灾 自动报警及消防 自动 控制系统和相关的消防泡沫罐、消防水泵、泡沫 泵 、稳压泵等消防设施 ，硬件上整个系统主要包 括以下设 备 感 温、感 烟探 测器 、手 动报 警按 钮 、声光报警器、可编程逻辑控制器 P L C和火 灾报警控制器 、消防服务器 、消防工作站 、打印 机 、网络交换机等。 2 消防 P L C控制系统 ] 2 ． 1 系统结构 ] ’[ 。 ] 自动消防 P L C监控系统结构分为设备层、控 制层、监管层 。系统结构如图 1所示 。 1 设备层 包括各种火灾探测器 、手动报警按钮 、消防 泵 、泡沫装置、雨淋阀、电动阀等设备 ，其中火 灾探测设备负责采集所有火灾信息 ，传送给控制 层以及接受控制指令 ，启动消防设备。 2 控制层 包括火灾报警控制器 、消防 P L C控制柜、操 作台3 部分，负责在线检测现场火灾信息和消防 设备的状 态信息 、 自动或 手动 控制 相关 的消防 泵 、雨淋阀、电动 阀等设 备 ，实现手动 远程 、 自动两种控制。 3 监管层 收稿 日期 2 0 1 1 0 21 5 。 作者简介王雪辉，女，毕业ff - -7石油化工大学控 制理论与控制工程专业，硕士研 究生学位，现在 中 国石油工程建设公司大连设计分公司从事火灾报警 消防联动及通讯等 方面 的设计工作 ，工程 师。 2 0 1 1 年第2 7卷第2 期 连 重竖箜 些 墨 垄 型堡垦 堕蕉 堡士 廛 包括一台消防服务器兼工程师站和一台操作 员工作站 、一 台报 表打印机和一 台报警 打印机 ， 实现系统的状态监控功能 、完成数据存储 、打印 报表 、信息共享及数据上传等功能。 监管层 控制层 设备层 图 1 自动消 防 P L C监控 系统结构 2 ． 2 系统控制过程 自动消防 P L C监控系统 由火灾 自动报警和消 防监控联动两部分组成。火灾 自动报警部分 由火 灾报警控制器 、声光报警器和触发器件组成 ，触 发器件包括安装于罐上和电缆沟 内的光纤光栅感 温火灾探测器 、安装于罐区四周 的手动报警按钮 和室 内的感烟探测器 ，囊括手动及 自动两种触发 装置 ，从报警源头就确保可靠性 。消防监控联动 部分由消防监控装置 、操作控制 台、现场 的各种 消防设备等组成 ，系统配置如 图2所示 。 中国石油商业储备大连石化油库项 目- 新港北库火气系统结构图 图 2 消防系统配置 在商储中心站设置一套冗余 消防专用 的 P L C 系统，同时设置 1台火灾报警控制器及 1 9台信号 处理器，在国储 中心控制室操作室设置操作站及 工程师站 ，在国储消防队值班室设置工作站 ，现 场的火警信号分别送至火灾报警控制器及信号处 理器，火灾报警控制器通过 R 5 4 8 5信号将火警信 息上传至 P L C系统 ，信号处理器分别通过 R S 4 8 5 信号及 4～2 0 m A信 号将火警信 息上传至 P L C系 统 ，为保证可靠性 ，信号处理器 同时通 过无源接 点将火警信息上传至 P L C系统，P L C系统通过冗 余光纤以太网与 国储库 中心控制室及 国储消防队 值班室联网，该系统在接到现 场火警信号后 ，对 相应的设备发出控制指令 ，该系统除能够实现 自 动报警及控制外 ，还能够实现在 中心站现场操作 室手动操作站直接手动操作及在 国储 中心控制室 操作室联 网操作。同时能够接 收消防设施的反馈 信号 ，在 国储中心控制室操作室及商储 中心站现 场操作室均能够将火警信息打印及储存 ，火灾报 警及控制的具体过程如下 任意一个手动报警按钮或感烟探测器报警 的 同时 ，应使该区域全部声光 报警器 、商储 中心站 现场操作室 、国储中央控制室操作 室及 国储消防 石 油 化 工安 全 环 保 技 术雷 队值班室均发出声光警报。 ．商储中心站操作室、国储中央控制室操作室及 国储消防队值班室随时显示罐体、电缆沟温度情况。 当罐体、电缆沟内温度达到7 0 。 时，对应的 光纤光栅感温火灾探测器发 出报警信号反馈到对 应的信号处理器，全部声光报警器、商储中心站 现场操作室、 国储 中心控制 室操作室、国储 消防 2 0 1 1年第2 7卷第2期 队值班室均发出声光警报 ，提醒值班人员注意。 当罐体温度达到 9 O 。 时，对 应的光纤光栅 感 温火灾探测器发 出控制信号反馈到对应 的信号处 理器 ，全部声 光报警 器、商储 中心 站现场 操作 室、国储中心控制室操作室、国储 消防队值班 室 均发出声光警报 ，同时 自动进行联动控制，其控 制 过程 见图 3 图 3消防控制 系统流程 当某罐温度达到9 0 。 时，其上的光纤光栅感 温火灾探测 器发 出信号反 馈到对应 的信号 处理 器 ，消防系统发出信号开启该罐对应的 2个 电磁 阀及 2 个电动阀。同时，向泡沫系统的控制装置 及分区阀发出启动信号，对该罐进行喷淋冷却及 泡沫灭火。同时 ，开启距该罐直径 0 ． 4倍距离范 围内的储罐所对应 的 2个 电磁 阀中的任意 1个 ， 对其进行半喷淋冷却 ，为 防止误报而引起的误动 作，按自动方式进行控制之前，需要进行自动延 时或增加人工确认环节。 本工程设置稳高压系统 ，该 系统与上述消防 系统共用一套 P L C系统 ，上述消防报警及控制系 统采用冗余光纤 以太网与稳高压系统联 网，数据 共享 。 本工程设置电视监控 系统 ，该系统与消防报 警及控制系统建立联系，即在接到 出现火情 的储 罐的火警报警及控制信号后 ，自动使相应的电视 监控设施对准该储罐 ，便于施救 。 2 ． 3 系统功能特点 2 ． 3 ． 1 综合运用了多项先进技术 1 在每座储罐上不再采用感温 电缆 ，而是 采用光纤光栅感温火灾探测器这种最新工艺生产 技术 ，光纤光栅感温火灾探测器是采用光栅进行 信号检测 、光纤 进行 信号传 输 ，实现 了无 电检 测 ，本质安全防爆。使用先进的光纤光栅作 为测 量单元 ，可实时现场温度测量 ，灵敏度高、响应 时间短、测量精度高、稳定性好、使用寿命长； 光纤光栅信号处理器采用 国际最先进 的数字化解 调技术 ，具有大容量实时在线信号采集处理和 自 检功能 ，一线仪表的设置 ，提高安全可靠性 ；监 控计算机的应用软件画面 ，可生动准确实时显示 储罐的温度状况 ；系统可 以综合各种安全监控参 数 ，进行分析 ，有利于及时发现事故苗头，及时 安全控制，实现生产和安全的双重监控功能。 2 火灾报警控制器采用现今最先进 的两总 2 0 1 1 年第2 7 卷第2 期 王重 等 些揎至 垒 型堡墨鲨堕蕉 墨堡主丝 线形式采集手动报警按钮 、感烟探测器 、声光报 警器等报警信号，再通过 MO D B U S协议将手动报 警信号传送给 P L C，光纤光栅感温信号 由光纤光 栅信号处理器输 出触点信号至 P L C 。 3 在中心站操作室 内设置消防 P L C冗余处 理器 双机热备 1套 ，其它各监控单元采用远程 R I ／ O方式 ，经 光缆组 成冗余 光纤环 网，与 P L C 主站连接。该 P L C系统与大连国家石油储备基地 中心工作站通过光纤冗余环网拓扑结构实现数据 的交换 ，消防 P L C通过冗 余 以太 网与 工作站 通 讯 ，实现软、硬连接 。 4 采用的消防 P L C控制技术 ，实现了现场 电动阀的开关控制及状态信号采集 ；实现 了消防 水泵 、消防泡沫泵 、消防补水泵的启停控制及状 态信号采集 ；实现了光纤光栅报警系统 的油罐报 警信息和实时温度采集 ；实现 了柴油消防泵 的蓄 电池电压 、转速 、油压 、预热水温 、燃油箱油位 信号采集。 5 P L C控制系统具有开放性 ，可容易扩展 实现对整个库区统一操作和管理。 6 与工业 电视监控系统联锁 ，在火灾状态 下 ，储罐 火灾报 警信号 与 室外摄 像机 预置位 联 动 ，实现现场的可视监控。 2 ． 3 ． 2 实现 了多重报警及控制功能 1 两种报警方式罐上及 电缆沟内的光纤 光栅感温探测器报警与防火堤外的手动报警按钮报 警和值班室内感烟报警相结合的报警方式 ，实现火 灾 自动报警与现场紧急手动报警两种报警功能。 2 三种消 防灭火方 式 罐 顶消 防泡沫灭 火 、罐壁消防水喷淋冷却 、防火堤外消防水泡沫 灭火 和冷却三种控制灭火保护功能。 3 三种控制方式 现场手动控制阀门及 水泵控制开关的方式 ；消防报警后 ，通过 P L C控 制器 自动控制现场 阀门开关 、消防水泵启停的控 制方式；中心站现场操作室手动操作站手动控制 阀门开关 、消防水泵启停的方式。 2 ． 3 ． 3 详细的画面显示功能 上位机组态软件 H MI 严格按照设计技术规格 书的要求编制，实现画面 的切换 由结构菜单 、插 图或软件按钮来选择 ，并具有满意的显示帮助提 示。对于数值 、动态符号 、趋势 图的显示可 以通 过键盘输入 ，光标定位以及适 当软件的相互作用 来 完成 。 应用软件组态了以下功能 1 显示消防管网流程 ； 2 显示消防设备启停状态； 3 可燃 气 体 实 时 浓 度 显 示 及 两级 报 警 功能 ； 4 光纤报警器的实时温度显示及 两级报警 功 能 ； 5 报警／ 事件显示 ； 6 实时数据显示 ； 7 信息记录显示 ； 8 消防设备手动操作控制 ； 9 分区 自动控制 ； 1 0 仪表维护 ； 1 1 系统管理 。 图形界面和可视化设计使组态软件具备了良 好 的人 机交互 界 面 。 3 结语 消防 P L C监控系统在 “ 中石油商业储备大连 石化油库一新港北库工程” 的应用 ，是我们对大 型储罐消 防设计 的突破 ，通 过运用先进 的技 术， 极大地提高了系统监控的智能化程度 ，其报警及 灭火控制功能更 为先进 ，有效 保障 了油库安 全 ， 为油库信息化管理提供 了应用平 台，能够更好地 适应现代化油库消防管理的需要 。 同时，自动消防 P L C监控 系统组态软件的高 性能过程耦合 、快速的画面更新 和可靠的数据管 理使其具有高度的实用性 ，降低 了操作人员的工 作量 ，提高了工作效率 ，取得了良好的效果。 参考文献 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 皮特 鲁泽拉 ． P L C教 程 [ M]．侯世 英 ， 译 ．北 京 人 民邮 电 出版社 ，2 0 0 7 ． 杨树 军 ．安全监控 技 术在 油库 中的应 用 [ J ] ． 油 气 田 地 面 工 程，2 0 0 4 ，2 7 1 5 9 ． 张卫华，吴重光，姜春 明 ．油库罐 区安全 生产监控 系统 [ J ]．石 油化 工 自动化 ， 2 0 0 4 ，4 1 5 3 2 3 3 ． 田洪波 ．自动消防 系统在储 油罐 区的应 用 实例[ J ] ．石 油 化 工 自动 化 ，2 0 0 7 ， 6 2 42 5 ．