1 前言

    成品油油庫作為石油供應鏈中非常重要的一個環節，廣泛利用信息化管理、自動化控制來改善工作環境，提高工作效率和自身競爭力。本文介紹某成品油油庫利用西門子S7-400H冗余PLC系統實現庫區作業自動化，降低了運行人員的勞動強度，減少了人為因素的參與，保證了庫區儲運、銷售、安全平穩進行；提高了油庫生產效率和管理水平、降低了企業運營成本。實現了油庫成品油儲運、作業控制、銷售和管理的一體化控制。

    2 系統功能

    整個油庫自動化系統設置一個中心控制室，現場主要設備及儀表的控制和信號電纜直接敷設到控制室。液位計、報警控制器、油氣回收系統等智能設備通過信號電纜接入S7-400H冗余PLC系統，或是進入自己的數據系統，如油氣回收系統采用獨立的PLC系統，S7-400H冗余PLC系統通過網絡訪問其系統，將所有的數據整合到自動化控制系統一個平臺上面，即WinCC上位機，通過冗余WinCC服務穩定工作，對用戶通過客戶端進行人性化顯示，對設備通過PLC進行數據的讀寫。

    主要實現了下述功能：

     （1）公路發油的定量控制和計算機管理（發油信息的存儲、歸檔和打印等）；

     （2）鐵路發油的定量控制和計算機管理（發油信息的存儲、歸檔和打印等）；

    （3）管輸電動執行機構的控制、流程溫度壓力的數據采集；

    （4）檢測儲罐的液位、界位和溫度，并計算存油體積、質量、剩余罐容和剩余庫容等；

    （5）消防控制、可燃氣體檢測、火災報警、巡檢系統等安全管理； 

    （6）油氣回收系統的通訊與自動化監控；

    （7）系統的防雷、防浪涌；

    （8）與上級管理部門信息系統預留通信接口。

    通過系統整合，將原來的各個分散系統，不同的協議整合為統一的工業以太網網絡，統一的WinCC上位機平臺，通過交換機與互為冗余的兩臺監控服務器通訊，管理辦公室、罐區監控系統、公路付油系統、鐵路卸油區、油氣回收系統均做為客戶端訪問互為冗余的服務器，實現本班組作業監控管理，同時可根據用戶權限管理，實現跨班組生產作業瀏覽、控制。同時，不同班組生產作業可實現設備的自動連鎖，減少人員操作，防范事故發生。

    3 系統配置

    本系統采用的主要自動化系統設備為：S7-400H冗余PLC一套，主要負責9個下裝車位公路定量裝車設備控制及數據采集，主要設備有流量計、電液閥、泵鉑熱電阻、第三方通訊設備；S7-400兩套、S7-300三套、ET200M分布式I/O 12套、WinCC服務器兩臺、客戶端6臺、觸摸屏1臺，及其相關的SIEMENS配套軟件，如服務器組件、PLC編程軟件、模擬仿真軟件等。

    3.1 S7-400H冗余PLC性能與配置

    本系統中全部采用SIEMENS PLC產品，主要為S7-400H、S7-300產品，本節重點介紹S7-400H的性能及配置。在許多自動化領域中，要求容錯和高可靠性的自動化系統的應用越來越多。特別是在某些領域，停機將帶來巨大的經濟損失。在這種情況下，只有冗余系統才能滿足高可靠性的要求。高可靠性的SIMATIC S7-400H能充分滿足這些要求。它能連續運行，即使控制器的某些部件由于一個或幾個故障而失效也不受影響。為了保證油庫的自動化作業安全穩定運行，便于維護，所以采用該系統。

    本系統SIMATIC S7-400H 配置包括以下部件：

    2 個中央控制器（機架）；

   2 個分立的中央控制器 UR1/UR2，或 1 個分割為 2 個區的中央控制器（UR2-H）；

     每個中央控制器有 2 個同步模板，通過光纖連接這兩個控制器；

    每個中央控制器有一個 CPU 413-2H；每個中央控制器有一個 CP 443-1以太網模板；

    ET 200M 分布式 I/O，2個IM153切換型配置，I/O模板及FM/CP模板在遠程機架進行配置。保證與每個CPU的通訊。

    3.2 WinCC服務器/客戶端配置

    SIMATIC WinCC基于 Windows 平臺，能為工業領域提供完備的監控與數據采集（SCADA）功能，涵蓋單用戶系統直到支持冗余服務器和遠程 Web 客戶機解決方案的多用戶系統。WinCC 是跨公司垂直集成交換信息的基礎，它采用了工廠智能，可以實現更大程度的生產過程的透明性。本系統采用WinCC 7.0版本、服務器客戶端模式，通過WinCC 智能選件實現了監控級和制造執行系統級的連接，從而可以高效地進行生產數據的采集、歸檔、壓縮、分析和發布工作，使生產過程具有更大的透明性和靈活管理。

     WinCC的配置如圖1所示：  
            
                               
                                        圖1    WinCC配置圖

    3.3 工業以太網配置及網絡管理

    PLC系統中，400系列系統中，配置CP443-1以太網模板，300系列系統中配置CP343-1以太網模板，HMI系統采用CP1623網卡，通過交換機，組成工業以太網，實現與HMI及PLC之間的通訊。

    以CP 443-1為例，CP 443-1是用于連接 SIMATIC S7-400 到工業以太網的通訊處理器。由于其自身備有處理器，從而解除了CPU 的通訊任務并有助于另加連接。通過 CP 443-1，SIMATICS7-400 可與以下設備進行通訊：

    編程器/PC；

     主機 PC；

     HMI 設備；

    SIMATIC S5/S7/C7 系統；

     PROFINET CBA 部件；

     PROFINET IO 設備。

    WinCC服務器配置CP1613以太網卡，通過SIMATIC NET軟件對PC站的組態，對CP1613的工作模式及配置的組態，整體網絡的配置與下載，實現WinCC服務器通過工業以太網對PLC的數據采集，服務器與客戶端通過WinCC的配置，實現數據C/S結構通訊。

    根據油庫庫區的實際情況和SIEMENS產品特點，考慮工業以太網網絡的冗余，通過系統整合，油庫庫區的工業以太網采用環形結構，提高了可靠性，為了便于網絡維護與管理，提高網絡的效率和安全性能，通過對思科、西門子交換機等設備VLAN的劃分，對網絡進行了邏輯設計，進行IP地址與終端的對應，方便了網絡維護與管理，同時很大程度上提高了網絡的安全性，保證了自動化網絡的專一和安全。

    4 結束語

    油庫自動化監控系統采用SIEMENS的系列產品，包括PLC產品、WinCC產品和相關配套軟件，針對客戶使用需求，經過編程組態，實現了油庫各級的自動化作業，PLC在系統運行過程中穩定可靠，維護方便。上位機WinCC編程靈活，可擴展性強，實現了油庫業務管理系統與自動化監控系統數據通訊與共享，進行了完美結合。通過編程組態，完成了自動發油、自動收油、罐區計量、油氣回收等區域自動化作業，完成了安全消防相關設備數據采集及監控，功能齊全，安全可靠，降低了對操作人員的要求，提高了安全生產效率。

    李永明（1979-）男，山東壽光人，畢業于中國石油大學工業自動化專業，工程師，現就職于中油龍慧自動化工程有限公司，主要從事自動化工程項目實施與管理方面的工作。

      李艷釗（1978-）男，河北保定人，畢業于河北科技大學機械制造及其自動化專業，工程師，現就職于中油龍慧自動化工程有限公司，主要從事自動化工程項目實施與管理方面的工作。  

    摘自《自動化博覽》2011年第十一期