郭福田 劉心紅

東北石油大學(xué)秦皇島分校，河北 秦皇島 066004

0 前言

油氣站庫的安全度是衡量其安全技術(shù)管理水平的一項(xiàng)重要綜合指標(biāo)。油氣站庫儲(chǔ)存的油氣具有易燃、易爆、易揮發(fā)等特點(diǎn)，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，確保安全是油氣生產(chǎn)的關(guān)鍵，因此深化安全技術(shù)管理工作非常重要［1］。

目前可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)與報(bào)警主要基于單點(diǎn)或多點(diǎn)式可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警儀表對(duì)可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行顯示報(bào)警，大多采用聲光報(bào)警形式，只限于值班室內(nèi)報(bào)警，報(bào)警范圍有限。隨著計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)通信將可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)由分散、獨(dú)立監(jiān)視報(bào)警集成為集中遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集并處理重點(diǎn)部位的可燃?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)集中信息處理與網(wǎng)絡(luò)化信息管理。該基礎(chǔ)建設(shè)是實(shí)現(xiàn)油庫數(shù)字化的基礎(chǔ)［2］，也是“數(shù)字油田”的支撐技術(shù)［3］，將為油田優(yōu)化運(yùn)營(yíng)和科學(xué)調(diào)度提供支持［4］。

根據(jù)油氣站庫安全集中監(jiān)控的要求，可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)采用了分布式模塊化設(shè)計(jì)。利用組態(tài)軟件與ADAM 4017模塊通信協(xié)議的可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)報(bào)警器（簡(jiǎn)稱報(bào)警器）兩者之間的遠(yuǎn)程通信，實(shí)現(xiàn)了可燃?xì)怏w濃度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，當(dāng)濃度超限時(shí)中心監(jiān)控室計(jì)算機(jī)屏幕上對(duì)應(yīng)圖標(biāo)閃爍并語音報(bào)警。

1 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)油氣站庫安全集中監(jiān)控的要求，首先分析油氣站庫內(nèi)危險(xiǎn)源的種類和分布情況，研究確定可燃?xì)怏w的監(jiān)測(cè)區(qū)域，設(shè)置可燃?xì)怏w傳感器采樣點(diǎn)。其次現(xiàn)場(chǎng)值班室設(shè)置報(bào)警器，中心控制室采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)，監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警器采集的可燃?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)。

可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)采用了分布式模塊化設(shè)計(jì)，在中心控制室設(shè)集中監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)，在各檢測(cè)點(diǎn)值班室設(shè)置報(bào)警器，由RS-485總線相連，形成兩級(jí)分布式報(bào)警檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)。中心控制室可實(shí)時(shí)查看各檢測(cè)點(diǎn)可燃?xì)怏w濃度值及報(bào)警狀態(tài)，如果有濃度超限的報(bào)警，屏幕上檢測(cè)點(diǎn)有顏色變化的閃爍，計(jì)算機(jī)語音提示報(bào)警位置；同時(shí)各檢測(cè)點(diǎn)值班室報(bào)警器對(duì)應(yīng)處指示燈閃爍，報(bào)警器語音提示報(bào)警位置，如出現(xiàn)災(zāi)情，兩級(jí)值班人員能同時(shí)處理。兩級(jí)報(bào)警安全監(jiān)控防線，確保了油氣站庫的生產(chǎn)安全。

設(shè)置可燃?xì)怏w傳感器采樣點(diǎn)時(shí)，選擇油氣站庫可燃性氣體泄漏的重點(diǎn)部位作為主要安全監(jiān)測(cè)目標(biāo)，對(duì)泵房、閥組間、計(jì)量間等可能存在可燃?xì)怏w泄漏和積存的爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)合進(jìn)行可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)。

實(shí)現(xiàn)油氣站庫數(shù)字化及油田數(shù)字化，需要將監(jiān)測(cè)主機(jī)與油田企業(yè)網(wǎng)相連，經(jīng)授權(quán)的上級(jí)主管單位或調(diào)度室可隨時(shí)查看該項(xiàng)目報(bào)警監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

除對(duì)可燃?xì)怏w實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)之外，油氣站庫一些關(guān)鍵地方需要人工定時(shí)巡檢，并設(shè)置人工巡檢按鍵，人工巡檢時(shí)，按下按鍵，監(jiān)視報(bào)警主機(jī)可檢測(cè)記錄人工巡檢情況，形成巡檢報(bào)表。

2 硬件設(shè)計(jì)

可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)見圖1。

圖1 可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)由5臺(tái)報(bào)警器組成。報(bào)警器是由以單片機(jī)為核心構(gòu)成的智能控制單元，各有地址編號(hào)，可按需設(shè)定。它們通過接口連入RS-485總線，作為從機(jī)響應(yīng)監(jiān)測(cè)主機(jī)的命令。主機(jī)發(fā)送采集數(shù)據(jù)命令，報(bào)警器按命令將各自的數(shù)據(jù)送往主機(jī)進(jìn)行處理。根據(jù)油氣站庫的實(shí)際情況，在原油穩(wěn)定室、外輸泵房、電脫水間、西線交油點(diǎn)和脫水泵房等5個(gè)值班室各安裝1臺(tái)報(bào)警器，監(jiān)測(cè)多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)處的可燃?xì)怏w濃度，若某處濃度超限，則圖標(biāo)閃爍并語音報(bào)警，同時(shí)數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)傳給遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)。

每臺(tái)報(bào)警器連接4～8個(gè)點(diǎn)型紅外型可燃?xì)怏w傳感器，這些傳感器安裝在可能存在油氣泄漏和可燃?xì)怏w積存的地方，通過紅外線光源的吸收原理來檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的碳?xì)漕惪扇細(xì)怏w，可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作、不易受干擾、能耗低、壽命長(zhǎng)、更換簡(jiǎn)便［5］。

人工巡檢模塊采用ADAM 4052光電隔離型數(shù)字量輸入模塊，燃?xì)獗O(jiān)測(cè)主機(jī)在固定的時(shí)間段對(duì)人工巡檢模塊進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)值班人員按下按鍵時(shí)燃?xì)獗O(jiān)測(cè)主機(jī)記錄其按鍵時(shí)間，并匯總統(tǒng)計(jì)形成巡檢報(bào)表。

RS-485總線采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的主從通信方式，是一種常用的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制總線，采用平衡差分傳輸信號(hào)，即由一對(duì)信號(hào)線中電壓的相對(duì)變化決定所傳數(shù)字量，其抗干擾能力強(qiáng)，可遠(yuǎn)距離傳輸（速度10 kb/s時(shí)可傳輸距離1 200m，降低速度后傳輸距離更遠(yuǎn)［6］）。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在各種干擾，為防止電磁干擾對(duì)設(shè)備的損害，設(shè)備與總線相連時(shí)均采用了光電隔離的方法。燃?xì)獗O(jiān)測(cè)主機(jī)采用光電隔離RS-232轉(zhuǎn)RS-485通信模塊ADAM 4520與總線相連?，F(xiàn)場(chǎng)報(bào)警器和巡檢模塊通過光電隔離的RS-485接口與總線相連。

燃?xì)獗O(jiān)測(cè)主機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，用于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)人工巡檢模塊的按鍵狀態(tài)及報(bào)警器采集的可燃?xì)怏w濃度、報(bào)警點(diǎn)位置；顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的濃度，并存儲(chǔ)報(bào)警數(shù)據(jù)，便于查詢、打印報(bào)警數(shù)據(jù)；當(dāng)某處可燃?xì)怏w濃度超限時(shí)對(duì)應(yīng)圖標(biāo)閃爍并語音報(bào)警。

3 軟件設(shè)計(jì)

燃?xì)獗O(jiān)測(cè)主機(jī)上軟件采用組態(tài)軟件組態(tài)王，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?，另外提供了智能模塊的驅(qū)動(dòng)程序，便于與數(shù)據(jù)采集模塊接口，快捷地構(gòu)建數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

下位機(jī)采用ADAM 4052開關(guān)量輸入模塊和自主研發(fā)的以單片機(jī)為核心的可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)報(bào)警器。由于組態(tài)王配有ADAM 4000系列模塊的驅(qū)動(dòng)程序，可方便地與ADAM 4052模塊進(jìn)行通信。考慮到報(bào)警器的功能與ADAM 4017八路模擬量輸入模塊接近，在報(bào)警器中采用了ADAM模塊的通信協(xié)議，使組態(tài)軟件用ADAM 4017模塊的控制命令與報(bào)警器通信，方便地實(shí)現(xiàn)了組態(tài)王與報(bào)警器的通信。

ADAM 4017模塊與上位機(jī)通信的命令有10種，包含模塊通信參數(shù)配置命令、模塊參數(shù)標(biāo)定命令、讀模塊數(shù)據(jù)命令、報(bào)警狀態(tài)命令等等。這些命令全部實(shí)現(xiàn)將增加自主儀器設(shè)計(jì)難度，通過對(duì)ADAM 4017模塊與組態(tài)王通信過程分析，確定要實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件與ADAM 4017模塊通信最少需要實(shí)現(xiàn)2種命令：一種是$AAM，讀模塊名稱命令，組態(tài)軟件內(nèi)部使用此命令確認(rèn)模塊運(yùn)行是否正常；另一種是#AAN，N=1…8，讀取一路模擬量數(shù)據(jù)的命令。該系統(tǒng)采用該方法成功地實(shí)現(xiàn)了組態(tài)王與報(bào)警器的通信。

可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警軟件實(shí)現(xiàn)了報(bào)警數(shù)據(jù)及狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示；報(bào)警位置閃爍，語音提示，彈出窗口文字提示，要求確認(rèn)；檢測(cè)點(diǎn)圖像顯示；報(bào)警數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，歷史記錄保存；歷史報(bào)警記錄查詢、打??；人工巡檢數(shù)據(jù)查詢、打印等功能。

隨著油田企業(yè)網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展，油田生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)都要納入到油田企業(yè)網(wǎng)中。可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)與油田企業(yè)網(wǎng)相連，在監(jiān)測(cè)報(bào)警主機(jī)上啟用遠(yuǎn)程控制服務(wù)器軟件，設(shè)置相關(guān)安全權(quán)限，包括文件傳輸權(quán)限、查看權(quán)限、控制權(quán)限等。在油田企業(yè)網(wǎng)的任一計(jì)算機(jī)上，啟用遠(yuǎn)程控制客戶端軟件，使用授權(quán)的用戶名和密碼，就可獲得可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的控制權(quán)。通過油田企業(yè)網(wǎng)，上級(jí)主管單位或調(diào)度室可隨時(shí)查看項(xiàng)目運(yùn)行情況，必要時(shí)可通過網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

4 結(jié)論

油氣站庫的安全包括可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)和工業(yè)監(jiān)視兩部分，工業(yè)監(jiān)視可監(jiān)視油罐冒頂、漏油、盜油、著火等；可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)報(bào)警可與工業(yè)監(jiān)視相結(jié)合，當(dāng)某處可燃?xì)怏w濃度過高時(shí)，直接由計(jì)算機(jī)控制工業(yè)監(jiān)視畫面切換到該處，檢測(cè)是否出現(xiàn)油罐冒頂、漏油、盜油、著火等事故。本文主要介紹了罐區(qū)可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了組態(tài)軟件與自主研發(fā)的可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)報(bào)警器通信，并與油田企業(yè)網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)了油氣站庫安全信息數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化管理。油氣站庫可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)在某油田實(shí)施后，經(jīng)過多年運(yùn)行，有效預(yù)防了漏油、火災(zāi)等意外事故及人為破壞等事件的發(fā)生，對(duì)安全生產(chǎn)管理現(xiàn)代化起到了促進(jìn)作用，并可與工業(yè)監(jiān)視系統(tǒng)相結(jié)合，防患于未然?？扇?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)中采用的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)、自主儀器與組態(tài)軟件通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，對(duì)油田新建油庫或原油庫改造具有一定的參考價(jià)值。

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