油气储运综合仿真实验平台控制系统方案.docx
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油气储运综合仿真实验平台控制系统方案
武汉理工大学
油气储运综合仿真实验平台控制系统
投标文件
（自控系统技术方案）
武汉南华工业设备工程股份有限公司
2010年9月
技术方案
武汉理工大学
油气储运综合仿真实验平台控制系统项目
自控系统技术方案
1总则
本技术方案，设计满足武汉理工大学油气储运综合仿真实验平台控制系统项目自控系统技术要求，能够实现系统的监控要求。
同时，本系统依据实际油罐区监控系统工作经验，能如实反映石油化工品储存运输的流程控制特点，为油气储运专业学生的教学和专业研究服务。
本系统设计技术先进、高效率、安全、操作和维修容易和可靠，能够为业主提供非常经济长时间连续运行和较低维修费用。
我公司具有承担港口自动化系统特别是油罐区监控系统的经验，能够圆满的完成自动控制及计算机系统的设计、制造、安装、调试等任务。
1.1工作范围
包括与处理系统输送工艺相关的自动控制系统，即PLC下位机以及上位机的设计、设备材料供应、安装施工、调试验收和培训工作。
1.2自控系统技术要求
1）.控制系统选用PLC的控制方案，且要求CPU为S7-300CPU315-2DP/PN；
2）.输出开关点数为1164个点，包含油罐、泵、阀门等设备及管线的点灯；
3）.PLC系统采用主-从方式，按输运设备分区域控制，且PLC两个站通过工业以太网连接；
4）.真实管路的监控系统需要检测压力、流量等参数，且与各PLC站之间通过工业以太网通信；
5）.上位机与PLC主站通过现场总线方式连接，监控程序需反映若干典型流程；
6）.控制台上需有若干按钮完成典型流程的运行演示；
7）.系统中还需考虑PDA、平板电脑等协同监控和调度设备的接口；
1.3系统拓扑结构
根据自控系统技术要求，整个系统分为现场设备层、操作监控层和应用管理层，系统拓扑结构如图1-1所示。
本技术方案主要针对现场设备层和操作监控层进行设计。
图1－1自控系统网络拓扑结构示意图
1）整个仿真自控平台采用以太网通讯方式，所有监控设备构成一个局域网；
2）PLC系统采用独立分站控制方式，每个PLC分站独立控制相关设备，各分站间通过以太网进行数据交换。
后期系统扩展仅需对应增加PLC分站，通过以太网接入整个PLC控制系统即可；
3）现场信号通过信号电缆接入PLCI/O模块，用于模拟真实管路的压力、流量等参数的智能仪表通过DP接口接入PLC控制系统，即系统为预留扩展设备提供DP接口；
4）PLC接收来自操作台、工控机、嵌入式平板电脑的操作指令，对应输出泵、阀、管线跑马灯、油罐液位报警灯等设备的控制信号；
5）工控机可通过以太网接口或DP（安装CP5611卡）接口与PLC控制系统的通讯；
6）嵌入式平板电脑采用WinCE操作系统，通过以太网接口与PLC控制系统通讯；
7）工控机与嵌入式平板电脑地位等同，即可单独与PLC控制系统协同工作；
8）交换机接入外网信号，授权用户即可从外网登陆监控系统实现远程监控功能。
2PLC计算机系统
2.1PLC控制网络设计
根据项目业主的需求PLC系统我们选用西门子的S7-300控制系统，完全能满足整个系统的需求并有扩充能力。
PLC计算机控制系统结构如图2-1所示。
图2-1PLC计算机系统网络结构图
本PLC控制系统由两个PLC分站来完成对现场I/O进行集中操作、监视、控制和管理，两个PLC分站通过工业以太网进行通信。
一般工况下两个PLC分站独立运行互不影响，在有需要的工况下两个PLC分站可以配合工作，具有极高的灵活性。
PLC分站可按预设指令监控指定工作流程，也可以对任意现场设备进行监控。
现场如需要添加新的智能仪表可直接通过工业以太网与PLC分站通信。
PLC分站与上位工控机以及嵌入式平板电脑通过工业以太网接口或DP（安装CP5611卡）接口进行通信，工控机以和嵌入式平板电脑具有同等的控制优先级，可以独立的对PLC分站进行监控。
整个仿真平台控制权限分为三级：
现场操作台、上位监控、可视化仿真监控，其中现场操作台的控制优先权最高。
PLC分站可在无上位机监控的情况下独立的控制现场设备，也可以接受上位机的控制信号对现场设备进行监控。
整套PLC控制系统可以通过交换机与外网通信，授权用户可使用调令主机、PDA、智能手机等终端设备对现场进行远程监控。
2.2控制对象及控制点分析
整个仿真平台分为A、B两个控制区域，由PLC分站1、2独立控制。
A区控制对象包括控制台、A/B泵区、A/B罐区、A码头、公路站及运输、以及消防系统等相关的设备；B区控制对象包括C/D泵区、C/D罐区、B码头、铁路站及运输等相关的设备，A、B区域的控制点数统计见表2-1、2-2所示。
表2-1A区域输出点数统计
设备
点数
设备编号
阀门
A泵区
11
BA01-BA11
B泵区
11
BB01-BB11
A罐区
8
GA01-GA08
B罐区
12
GB01-GB12
A码头
33
MA01-MA33
公路站
14
GL01-GL14
小计
89
油罐
A罐区
8
GA1-GA4
B罐区
8
GB1-GB4
小计
16
油泵
A泵区
4
BAB1-BAB2
B泵区
4
BBB1-BBB2
A码头
6
MAB1-MAB3
公路站
6
GLBA-GLBC
小计
20
续表2-1
设备
点数
设备编号
管线
（跑马灯）
AB泵区
84
V1-V42
AB罐区
80
W1-W40
A码头
62
R1-R31
公路站
60
P1-P30
A运输
76
Q1-Q40（无Q5Q6）
小计
362
消防系统
阀
15
x01-x15
消防泵
6
x1-x3
水罐
2
SG1
泡沫罐
2
PM1
管段
33
X01-X33
小计
58
合计
545
表2-2B区域输出点数统计
设备
点数
设备编号
阀门
C泵区
22
BC01-BC22
D泵区
17
BD01-BD17
C罐区
12
GC01-GC12
D罐区
12
GD01-GD12
B码头
34
MB01-MB34
铁路站
20
TL01-TL20
小计
117
油罐
C罐区
8
GC1-GC4
D罐区
8
GD1-GD4
小计
16
油泵
C泵区
4
BCB1-BCB2
D泵区
4
BDB1-BDB2
B码头
8
MBB1-MBB4
铁路站
6
TLB1-TLB3
小计
22
管线
（跑马灯）
CD泵区
134
U01-U67
CD罐区
88
W41-W84
B码头
80
S01-S40
铁路站
106
T01-T53
B运输
56
Q41-Q66（含Q5Q6）
小计
464
合计
619
整个仿真平台在控制台上设置了对应典型流程（暂时统计为18条）启/停按钮，用于人工手动控制对应流程启停，另设控制权限选择按钮、急停按钮等设备，这些设备信号作为输入点统计在PLC分站1控制点中。
2.3软硬件配置
PLC控制点按10%冗余计算，
PLC分站1输入点——32点，输入模块——32点×1块
输出点——545点，输出模块——32点×19块（共608点）
PLC分站2输出点——619点，输出模块——32点×22块（共704点）
两个PLC分站各配置CPU模块1块（含以太网通信功能），并且每个机架上应配置相应的电源以及通信模块。
PLC分站1包含机架3个、CPU模块1块（含以太网通信功能）、电源模块3块、接口模块3块、数字量输入模块1块、数字量输出模块19块。
功能为接收控制台的控制信号，并对A区域和消防设备发出控制信号。
PLC分站2包含机架3个、CPU模块1块（含以太网通信功能）、电源模块3块、接口模块3块、数字量输入模块1块、数字量输出模块22块，功能为对B区域发出控制信号。
硬件配置如表2-3所示。
表2-3PLC计算机系统硬件配置
序号
名称
型号规格
制造商
数量
1
PLC中央机架830mm
6ES7390-1AJ30-0AA0
西门子
6
2
CPU中央处理单元
6ES7315-2EH13-0AB0
西门子
2
3
电源模板10A
6ES7307-1KA01-0AA0
西门子
6
4
接口模块IM360
6ES7360-3AA01-0AA0
西门子
2
5
接口模块IM361
6ES7361-3CA01-0AA0
西门子
4
6
存储卡S7-300
256KB
西门子
2
7
前连接器40针
6ES7392-1AM00-0AA0
西门子
42
8
32点数字量输入模块
6ES7321-1BL00-0AA0
西门子
1
9
32点数字量输出模块
6ES7322-1BL00-0AA0
西门子
41
10
扩展机架连接电缆
2.5米
西门子
1
11
MPI通信电缆
Profibus-DP通信电缆
西门子
1
12
Profibus-DP通信电缆
Profibus-DP通信电缆
西门子
1
软件配置
序号
名称
规格
制造商
数量
1
西门子PLC编程软件
SIMATICSTEP7V5.4
西门子
1
2
过程控制软件
自行开发
1
3计算机监控及管理系统
操作监控层包括工控机一台，以及嵌入式平板电脑一台，其中工控机可通过以太网接口或DP（安装CP5611卡）接口与PLC控制系统的通讯；嵌入式平板电脑采用WinCE操作系统，通过以太网接口与PLC控制系统通讯。
3.1软件功能设计
工控机与嵌入式平板电脑地位等同，可单独与PLC控制系统协同工作，因此对应的控制程序需独立开发。
根据系统控制要求，工控机监控软件功能框架如图3-1所示。
图3-1仿真平台监控软件PC版软件功能框架
（1）用户登录画面：
用于用户登录服务，根据不同的用户级别分配不同的监控权限。
（2）系统总揽画面：
显示系统各设备、装置、区域的连接关系、运行状态、控制方式（手动／自动状态）等信息，从各显示块可以调出其他画面。
（3）实时监控画面：
形象直观地反映相关设备的运行状态及工艺流程，包括ABCD四个罐区画面，AB两个码头画面，汽车和火车转载画面，以及消防监控画面。
Ø罐区画面：
实时监控四个罐区的的储罐与泵，阀门以及管道的连接关系、运行状态，并可启停单个设备。
所有设备的工作状态均由不同的颜色表示。
Ø码头画面：
实时监控AB两个码头相关设备与管线的连接关系、运行状态，综合反映装载和卸载油的情况，可启停单个设备。
Ø装车画面：
实时监控油气陆上运输设备与管线的连接关系、运行状态，实时反映装卸车方式以及运输路径的状态，可启停单个设备。
Ø消防监控画面：
实时监控取水口、泵、阀门、管道、消防水灌以及喷头的连接关系、运行状态，可启停单个设备。
Ø典型流程监控画面：
实现典型流程的启停操作，并实时反映对应流程的运行状态。
（4）数据管理画面：
包括故障报警画面，趋势画面和报表查询及打印画面。
其中故障报警画面又包括实时故障报警和历史报警查询画面。
Ø实时故障报警画面：
显示当前所有正在进行的过程参数报警和系统硬件故障报警，并按报警的时间顺序从最新发生的报警开始排起，报警优先级别和状态用不同的颜色来区别，未经确认的报警处于闪烁状态。
Ø历史报警查询画面：
可对历史故障信息进行分类查询，并形成报表。
Ø趋势监控画面：
用来反映模拟变量随时间变化的情况。
Ø报表查询及打印画面：
包括历史报警报表以及统计数据报表。
操作人员可设置查询条件，浏览统计信息，可以生成不同类型的数据报表。
（5）参数设置画面：
包括用户管理画面，网络监控画面以及变量设置画面。
Ø用户管理画面：
进行用户管理，如添加、删除用户，为用户分配权限等。
Ø网络监控画面：
显示了整个监控系统的硬件配置和网络结构。
当系统发生通讯故障时，操作者可判断故障发生的位置，以便故障的排除。
Ø变量设置画面：
为仿真数据变量进行参数设置，用于模拟故障、设置模拟检测值等功能。
仿真平台监控软件嵌入版软件功能框架与PC版类似，同时考虑嵌入式系统内存的关系，可适当简化监控功能。
3.2硬件配置
计算机监控及管理系统的硬件配置如表3-1所示。
表3-1硬件配置
序号
名称
型号规格
制造商
数量
A1
工控机
联想IdeaCentreK320锋行KING智版（IntelCorei57502.66GHz/4GBDDR31066MHz/ATIRadeonHD47701024M/LED宽屏液晶23寸/Rambo光驱/500Gx2RAID0高速磁盘阵列）
联想
1
A2
嵌入式平板电脑
15寸研华平板电脑TPC1570H系列6AV5-545-0DB10-0AX0型号，预装中文版WinCE.net（CE4.0或更高）操作系统，IntelX86体系CPU或ARM指令集的CPU
研华
1
A3
液晶显示屏
23寸LCD显示器（宽屏）
飞利浦
1
A4
以太网交换机
8口 工业级
华为
1
A5
操作台
自制
1
3.3软件配置
上位监控软件基于组态王组态软件平台进行开发，由于PC机和嵌入式平板电脑操作系统不同，因此需要采用不同版本的组态软件进行独立开发。
计算机监控及管理系统的软件配置如表3-2所示。
表3-2软件配置
序号
名称
规格
制造商
数量
1
图形监控组态软件
组态王嵌入版无限点
亚控
1
2
图形监控组态软件
组态王通用版无限点
亚控
1
3
系统软件
WinCE.net嵌入式平板电脑预装
Microsoft
1
4
系统软件
Windows2003profesional
Microsoft
1
5
办公软件
Office2003
Microsoft
1
6
上位计算机监控及管理软件
自行开发
1
3.4与第三方程序的接口
基于组态王通用版开发的PC版上位计算机监控软件预留OPC数据接口与可视化调度仿真系统进行数据交换，基于组态王嵌入版开发的嵌入式平板电脑上位计算机监控软件不支持OPC通讯，因此采用DDE方式与本机可视化调度仿真系统进行数据交换。
4服务和培训
4.1技术培训
我公司如果中标，将免费负责对业主管理人员、现场技术人员、操作人员及系统维护人员进行分层次技术培训。
4.2现场培训
对操作人员及系统维护人员进行实验室和现场培训，确保他们能够独立进行操作和维护工作。
4.3系统培训
对业主管理人员、现场技术人员进行数据库、操作系统、网络、软件开发技术等培训。
4.4售后服务
自系统验收之日起，保修期为一年。
在此期间内，若出现问题，业主提出要求后，48小时以内承包商必需作出响应。
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