秦皇島油港閥門狀態可視化監控實現方式

胡金濤

（秦皇島港股份有限公司第一港務分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

秦皇島油港是油品和液體化工品儲運的綜合性液體散貨港，截至2012 年底，公司累計完成吞吐量近3.5 億噸，為國民經濟的持續增長和秦皇島港的卓越發展做出了卓越的貢獻。隨著我國經濟的持續發展，對油品及化工品等液體散貨的需求量不斷增大，加速了油港碼頭向著信息化、智能化、自動化方向發展的步伐。在液體散貨遠程輸送管線上，具有截止、開啟、配送和調壓等多種功能的大口徑管道閥門是重要的基礎設備，閥門發生故障輕則影響輸油管線正常生產作業，重則導致管線的嚴重破壞，甚至造成人生安全，因此對管道閥門的全程狀態監控顯得尤為重要。

1 系統總體分析

秦皇島油港現有7 個生產泊位，可接納1000～65 000 t 級的各種油品、化工品船舶的靠泊作業，設計年通過能力1700 萬噸。一期可視化系統中103 泊位、105 泊位、10 號墩均設有PLC遠程站。其中，105 泊位現場PLC 泊位PLC 柜內有擴展安裝數字量輸入輸出模塊的空間，103 泊位、104 泊位、10#墩PLC 柜內均未設置備用通道。

本次設計主要針對碼頭輸油管線部分閥門安裝監控系統，對手動閥門安裝限位裝置，部分管線安裝或更換壓力儀表，從而實現閥門狀態的實時監控。現有輸油管線采用如下設計方案:現有輸油管線手動閥門加裝限位裝置，同時設置PLC 分站，讀取限位裝置的信號；現有電動閥門信號直接通過PLC 經過以太網上傳給上位機監控系統，實現對輸油管線手動及電動閥門的狀態實時監控；部分管線加裝遠傳壓力儀表，更換部分管線的壓力儀表為遠傳儀表，實現中控室對現場管線的壓力、閥門狀態的實時監控。

2 下位機PLC 控制系統設計

管線閥門分布在距離較遠的碼頭各個泊位，同時碼頭各泊位均已實現光纖通信，為PLC 間通信提供了以太網通信條件。項目采用體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力的西門子S7-300 系列PLC。綜合分析控制系統數據處理量及性價比，項目最終選用西門子CPU315C-2DP 控制器及CP343-1 以太網模塊實現系統的數據處理及與上位機的以太網數據通信功能，PLC 與上位機之間通過以太網進行通信，準確設置以太網參數，從而實現數據通信。

本項目中，105 泊位增加2 個數字量輸入模塊，104 泊位新增1 個防爆箱，加1 個PLC 遠程站，將閥位信號、壓力信號就近進站后，通過通信電纜傳輸到控制網上。103 泊位PLC 柜和10#墩增加2 臺PLC 機柜，進行IO 擴展，完成閥位、壓力信號的采集。同時項目預留PLC 模塊，為后續管線升級改造提供拓展空間。

3 可視化系統實現

可視化系統設在24 h 有人值守的值班室，采用西門子監控與數據采集系統開發平臺軟件WinCC7.0 開發而成，通過數據采集、組態、腳本語言等方式以全圖形化形式顯示碼頭管線閥門、壓力等的實時狀態，并記錄歸檔整個生產過程中所有閥門、壓力等數據，系統增設聲光報警功能，當閥門或壓力超過設定值時立即觸發聲光報警，第一時間提醒值班人員確認，有效避免事故發生。

3.1 可視化系統結構設計

可視化系統由操作監視層、PLC 控制層和網絡通信層三部分組成。其中，操作監視層為裝有西門子WinCC 組態軟件的服務器來實現輸油管線狀態的實時監控、故障診斷和數據收集；控制層為西門子S7-300 PLC，來實現閥門開關信號及管線壓力的讀取和控制；網絡通信層采用通信速率可達100 Mbps 的以太網通信方式，如圖1 所示。

本項目采用可靠性較高的冗余的網絡拓撲結構，選用以太網通信方式可以在保證數據傳輸穩定性基礎上充分利用現有網絡設施，降低投資成本，此外，該結構系統充分考慮后續管線溫度、流量計以及輸油臂等輸油設備的升級改造，具有良好的兼容性和靈活性。系統可通過腳本語言來進行用戶授權管理、報表功能、設備使用管理等相關功能的二次開發，達到對碼頭輸油系統設備的深層次管理，實現輸油管線安全生產。

3.2 可視化系統運行

可視化系統設置為開機自動運行，當出現監控系統關閉或其他問題是，可以手動啟動，啟動方式如圖2 所示。

在現場部分顯示各個泊位管線閥門狀態，并將104 泊位和105 泊位管道壓力值保存起來以數值或者曲線形式供工程師查詢；通過標題欄按鈕實現監控畫面的切換；用戶登錄及注銷。可視化系統畫面設計如圖3 所示，畫面中顏色說明:灰色:管線和閥門的狀態為開；深色:管線和閥門的狀態為關；淺色:此閥門沒有安裝檢測裝置或電動閥門沒有啟用等原因。由于107 泊位和一期泊位閥門不在此次設計系統中，故閥門狀態不做參考。

圖1 可視化系統結構圖

圖2 可視化系統啟動流程

3.3 系統遠程訪問

為監控方便，閥門狀態可視化系統可以為非現場人員提供查看方式，在需要查看閥門狀態的聯網客戶端打開網頁，在網址一欄輸入:192.168.211.216，回車，第一次訪問按要求安裝wincc webnavigator 控件，安裝完成后即可訪問閥門監控系統。通過遠程訪問，可以實現工程師遠程對閥門狀態異常情況進行遠程技術支持。

4 結束語

閥門狀態可視化系統在分析港口現有閥門狀態情況下，實現工作人員對該閥門進行實時監控，具有較高的可靠性和運行效率。輸油管線閥門狀態的遠程、實時、可視化監控是實現液體散貨安全高效裝卸的基本保證。此次系統改造，實現了秦皇島油港閥門狀態的共享。通過一期系統的改造，基本消除了生產中的重大安全隱患，提高了閥門故障檢測的準確性和及時性。隨著物聯網等物流信息化技術在碼頭的逐漸應用，后期整改中，將充分利用新的傳感技術、計算機等技術實現港口設備的協同控制和故障診斷機制。

圖3 監控系統運行