摘 要：專門針對危險區域設計的GE Fanuc MTL MOST開放式控制系統可直接安裝于裝置現場危險區域，本文介紹了GE Fanuc MOST控制系統的特點及其在油碼頭中的應用。
關鍵詞：碼頭，危險區域，本質安全，控制系統，浪涌保護器
GE Fanuc MOST Control System and Application In Oil Dock
Abstract: GE Fanuc MTL MOST open control system is designed to directly installed in dangerous area. This article introduces the features and application in oil dock of GE Fanuc MOST control system.
Keywords: oil dock, dangerous area, intrinsic safety, control system
1. 引言
海南煉化30萬噸級原油碼頭和10萬噸級成品油碼頭由1個原油泊位和4個成品油泊位組成，是目前國內規模最大，技術水平最高的輸油碼頭，承擔了海南煉化原材料輸入和最終產品輸出的任務。輸油碼頭屬于危險防爆2區裝置，設備分布非常分散，主要控制的對象有溫度、壓力、流量、閥門等，這就要求其控制方案必須有一套完善的控制、聯鎖、報警和急停系統去完成工藝參數的采集與監控。
海南煉化在新建油品碼頭過程中，針對裝置的防火防爆要求，以及設備分布較分散，控制對象要求較高等情況，選用了GE Fanuc公司的MOST開放式控制系統，收到控制效果好、精度高和投資省的較好結果，滿足了海南煉化油口碼頭的生產要求。
2. 控制系統硬件配置設計
海南煉化原油和成品油碼頭各自采用獨立的控制系統，共由5個現場控制站組成。其中原油碼頭占用2個控制站，成品油碼頭占用3個控制站，原油和成品油碼頭控制室各設1個操作站和1個工程師站組成。控制站與操作站相互之間采用百兆級冗余以太網連接，組成一個完整的控制系統，如圖1所示。
2.1控制站
原油碼頭控制系統中包括2個控制站、1臺操作站、1臺工程師站兼操作員站。其中1#控制站放置在1#原油泊位現場控制室內，原油引橋控制站則直接放置在距離控制室兩千米左右的裝置現場，因此對硬件系統的防爆性能、通訊系統、工作范圍、可靠性、魯棒性以及防腐蝕能力要求較高。每個控制站均采用冗余控制器、冗余電源、冗余網絡的原則進行配置，其中1#控制站由4個電源模塊、2個控制器、24個I/O模塊組成，原油引橋控制站由2個電源模塊、2個控制器、8個I/O模塊組成。
成品油碼頭控制系統中包括3個控制站、1臺操作站、1臺工程師站兼操作員站。其中2#泊位控制站放置在2#泊位現場控制室內，4#泊位控制站放置在4#泊位控制室成品油碼頭控制系統中包括3個控制站、1臺操作站、1臺工程師站兼操作員站。其中2#泊位控制站放置在2#泊位現場控制室內，4#泊位控制站放置在4#泊位控制室小、2個控制器、24個I/O模塊組成，4#泊位控制站由2個電源模塊、2個控制器、60個I/O模塊組成，消防泵房控制站由2個電源模塊、2個控制器、16個I/O模塊組成。
其中原油碼頭1#泊位控制站與成品油碼頭2#泊位控制站提供冗余的Modbus接口與海南煉化罐區DCS系統進行通訊，便于罐區操作人員及時掌握碼頭生產操作的運行狀態。
成品油碼頭裝船時需要對油品進行計量，因此對計量系統的要求非常高，因此2#泊位控制站和4#泊位控制站除了接收現場質量流量計的4～20mA瞬時流量信號，同時提供冗余的Modbus接口與質量流量計進行RS485通訊，接收瞬時流量、密度、累積量等信息。正常情況下以通訊值為準，通訊中斷時以4～20mA信號為準，實現多方案對油口輸出裝船計量進行監控。
2.2 控制器
根據碼頭裝置生產的特點，CPU模塊選擇了MOST混合控制器，該控制器具有高度靈活的數據采集輸入輸出和控制功能，可實現常規控制、邏輯控制和順序控制。控制器采用266MHz 32位微處理器，25M內存，雙以太網和雙串行通訊接口，支持API、現場總線、ModBus、HART、點對點通訊以及OPC，可以實現冗余配置，可直接安裝在危險2區。一個控制器最多可安裝64個I/O模塊，支持熱插拔。雙路電源供電。
冗余控制器配置中，冗余控制器互為備用，同步接收輸入信號數據，同步執行控制計算，同時互相傳送計算結果。當一個控制器監測到錯誤時，無故障的控制器可以立刻接著進行控制，實現無擾動切換。
2.3 IO模塊
MOST系統的電源、控制器和I/O模塊可以直接安裝危險2區，部分I/O模塊內置本質安全型安全柵，無需額外安裝安全柵，通道隔離、監測以及LED指示，支持多種信號類型，支持在線熱插拔。模擬量輸入A/D轉換分辨率達到16位，模擬量輸出A/D轉換分辨率達到12位，能夠對現場回路進行檢測，內置輸入變量線性化、工程單位轉換、開平方濾波、報警及冷端溫度補償運算功能。IO卡件具備最快20ms模擬量調節功能，10ms數字量控制功能和1msSOE控制功能。
3. DCS系統軟件設計
MTL公司提供整個區域的系統軟件，主要包括MOST系統組態、控制策略軟件WorkBench和人機界面HMI軟件。
3.1 系統組態和控制軟件
系統使用Workbench進行系統硬件和控制策略的組態。整個控制軟件涵蓋了閥門控制回路、報警聯鎖回路、計量累積回路，馬達控制回路等全部的油品碼頭生產自控程序。
所有的回路控制和聯鎖功能在現場控制站獨立運行。通過控制站的網絡功能，控制站與控制室的操作站進行通訊聯系。操作人員的操作控制指令由操作站通過網絡下達至控制站。
3.2 人機界面軟件
操作站人機界面（HMI）軟件應是基于Windows XP操作系統的軟件。可以創建強大的、功能齊全的監控系統，充分利用Microsoft Windows的先進功能，包括ActiveX控件、OLE、圖形、網絡等。還可以通過添加自定義ActiveX控件、向導、常規對象、以及創建來擴充的功能。操作站人機界面（HMI）軟件主要完成實時監控、歷史記錄，數據采集、系統報警及打印報表等重要功能。
采用高性能計算機作為監控系統支撐硬件平臺，以Windows XP和組態軟件構成監控系統運行平臺。提供友好的人機交互界面功能、圖形處理功能、報表處理功能、報警處理功能、查詢功能、用戶權限管理功能等。
3.3 文件資料
整個DCS系統文件資料包括：系統結構圖、系統配置圖、IO清單、機柜布置圖、電源分配圖、接線圖、控制回路圖、邏輯聯鎖圖等。
4. 控制系統實施
通過對DCS系統配置的審查，最終確定以上整體方案。DCS系統的組態、現場設備安裝、調試和投用過程大約花費了60個工作日。由于使用了Workbench的Strategy進行組態，整個組態過程相當方便、快捷。出錯率也相當低。整個系統一次開車成功。
5. 控制系統性能分析與改進
對于使用于防爆2區的控制系統，MOST控制系統相比其他廠商的DCS系統來說相對較便宜。其節省投資的部分主要來自于節省了危險/安全區安全柵的設備投資。其次，由于控制站可以安裝在控制現場，一次儀表只須連接到現場控制站而非全部連接到中央控制室。這樣就節省了信號電纜，這對控制裝置分布較散、區域較大的控制系統來說，就顯得尤為重要，可節省大量的電纜投資。碼頭裝置屬于典型的分散性裝置
原油碼頭和成品油碼頭控制系統自2006年7月開始投入運行，運行情況良好。迄今為止，DCS系統已經安全、無故障運行長達16000小時。其間經歷了一個夏季高溫的考驗。在夏季高溫時期，機柜內部最高溫度62℃。經過三個夏季的考驗，證明MOST系統可耐較高的氣溫。沒有發生過控制器因高溫而中止運行或復位重啟等故障現象。
MOST系統的硬件結構簡潔，安裝方便，接線故障率少，可靠性較高。軟件的組態也較方便，花費時間少，維護方便、直觀。圖形化的編程方式給用戶的組態，調試和維護有很大的幫助。在線調試功能使監控數據一目了然，方便查找編程錯誤。提供的功能模塊能滿足自控系統的要求，組態調用很方便。
目前碼頭控制系統只能夠實現單純的開關閥門，無法實現定量開閥和定量裝船。可以將每條輸油管線的最后一個閥門改為調節閥，即可實現定量開閥和定量裝船。此外，整個碼頭的調度位于成品油碼頭，無法從操作站看到原油碼頭的實時信息。如果能夠將成品油和原油碼頭網絡連成一個網絡，就可以實現上述要求。但是由于兩個碼頭距離在八千米左右，光纜的成本會非常高。目前已有可以直接安裝在防爆2區的無線以太網交換機進入市場，可以選擇無線交換機實現兩個碼頭網絡的互聯。
6. 結束語
經過近三年的運行，MOST系統在碼頭生產監控中扮演了重要角色，滿足了高溫、高壓、高危險介質的控制要求，為今后油碼頭裝置的建設和生產積累了寶貴經驗。
參考文獻：
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