油氣站庫可燃氣體遠程監測與報警系統設計

郭福田 劉心紅

東北石油大學秦皇島分校，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管理水平的一項重要綜合指標。油氣站庫儲存的油氣具有易燃、易爆、易揮發等特點，存在一定的安全風險，確保安全是油氣生產的關鍵，因此深化安全技術管理工作非常重要［1］。

目前可燃氣體監測與報警主要基于單點或多點式可燃氣體檢測報警儀表對可燃氣體濃度進行顯示報警，大多采用聲光報警形式，只限于值班室內報警，報警范圍有限。隨著計算機及通信技術的發展與應用，利用計算機通信將可燃氣體監測由分散、獨立監視報警集成為集中遠程監測與報警系統，由計算機實時采集并處理重點部位的可燃氣體濃度數據，實現了計算機集中信息處理與網絡化信息管理。該基礎建設是實現油庫數字化的基礎［2］，也是“數字油田”的支撐技術［3］，將為油田優化運營和科學調度提供支持［4］。

根據油氣站庫安全集中監控的要求，可燃氣體遠程監測與報警系統采用了分布式模塊化設計。利用組態軟件與ADAM 4017模塊通信協議的可燃氣體監測報警器（簡稱報警器）兩者之間的遠程通信，實現了可燃氣體濃度遠程監測，當濃度超限時中心監控室計算機屏幕上對應圖標閃爍并語音報警。

1 設計要求

根據油氣站庫安全集中監控的要求，首先分析油氣站庫內危險源的種類和分布情況，研究確定可燃氣體的監測區域，設置可燃氣體傳感器采樣點。其次現場值班室設置報警器，中心控制室采用先進的計算機遠程監測技術，監測現場報警器采集的可燃氣體濃度數據。

可燃氣體遠程監測與報警系統采用了分布式模塊化設計，在中心控制室設集中監測計算機，在各檢測點值班室設置報警器，由RS-485總線相連，形成兩級分布式報警檢測網絡。中心控制室可實時查看各檢測點可燃氣體濃度值及報警狀態，如果有濃度超限的報警，屏幕上檢測點有顏色變化的閃爍，計算機語音提示報警位置；同時各檢測點值班室報警器對應處指示燈閃爍，報警器語音提示報警位置，如出現災情，兩級值班人員能同時處理。兩級報警安全監控防線，確保了油氣站庫的生產安全。

設置可燃氣體傳感器采樣點時，選擇油氣站庫可燃性氣體泄漏的重點部位作為主要安全監測目標，對泵房、閥組間、計量間等可能存在可燃氣體泄漏和積存的爆炸危險場合進行可燃氣體濃度監測。

實現油氣站庫數字化及油田數字化，需要將監測主機與油田企業網相連，經授權的上級主管單位或調度室可隨時查看該項目報警監測數據。

除對可燃氣體實時監測之外，油氣站庫一些關鍵地方需要人工定時巡檢，并設置人工巡檢按鍵，人工巡檢時，按下按鍵，監視報警主機可檢測記錄人工巡檢情況，形成巡檢報表。

2 硬件設計

可燃氣體遠程監測與報警系統見圖1。

圖1 可燃氣體遠程監測與報警系統

現場可燃氣體監測由5臺報警器組成。報警器是由以單片機為核心構成的智能控制單元，各有地址編號，可按需設定。它們通過接口連入RS-485總線，作為從機響應監測主機的命令。主機發送采集數據命令，報警器按命令將各自的數據送往主機進行處理。根據油氣站庫的實際情況，在原油穩定室、外輸泵房、電脫水間、西線交油點和脫水泵房等5個值班室各安裝1臺報警器，監測多個檢測點處的可燃氣體濃度，若某處濃度超限，則圖標閃爍并語音報警，同時數據將實時傳給遠程監控主機。

每臺報警器連接4～8個點型紅外型可燃氣體傳感器，這些傳感器安裝在可能存在油氣泄漏和可燃氣體積存的地方，通過紅外線光源的吸收原理來檢測現場環境的碳氫類可燃氣體，可長期穩定工作、不易受干擾、能耗低、壽命長、更換簡便［5］。

人工巡檢模塊采用ADAM 4052光電隔離型數字量輸入模塊，燃氣監測主機在固定的時間段對人工巡檢模塊進行檢測，當值班人員按下按鍵時燃氣監測主機記錄其按鍵時間，并匯總統計形成巡檢報表。

RS-485總線采用點對多點的主從通信方式，是一種常用的工業現場控制總線，采用平衡差分傳輸信號，即由一對信號線中電壓的相對變化決定所傳數字量，其抗干擾能力強，可遠距離傳輸（速度10 kb/s時可傳輸距離1 200m，降低速度后傳輸距離更遠［6］）。工業現場存在各種干擾，為防止電磁干擾對設備的損害，設備與總線相連時均采用了光電隔離的方法。燃氣監測主機采用光電隔離RS-232轉RS-485通信模塊ADAM 4520與總線相連。現場報警器和巡檢模塊通過光電隔離的RS-485接口與總線相連。

燃氣監測主機采用工業控制計算機，用于監測現場人工巡檢模塊的按鍵狀態及報警器采集的可燃氣體濃度、報警點位置；顯示各個監測點的濃度，并存儲報警數據，便于查詢、打印報警數據；當某處可燃氣體濃度超限時對應圖標閃爍并語音報警。

3 軟件設計

燃氣監測主機上軟件采用組態軟件組態王，實現動畫效果、實時數據、歷史數據、多媒體應用和網絡傳輸等功能，另外提供了智能模塊的驅動程序，便于與數據采集模塊接口，快捷地構建數據監測系統。

下位機采用ADAM 4052開關量輸入模塊和自主研發的以單片機為核心的可燃氣體監測報警器。由于組態王配有ADAM 4000系列模塊的驅動程序，可方便地與ADAM 4052模塊進行通信。考慮到報警器的功能與ADAM 4017八路模擬量輸入模塊接近，在報警器中采用了ADAM模塊的通信協議，使組態軟件用ADAM 4017模塊的控制命令與報警器通信，方便地實現了組態王與報警器的通信。

ADAM 4017模塊與上位機通信的命令有10種，包含模塊通信參數配置命令、模塊參數標定命令、讀模塊數據命令、報警狀態命令等等。這些命令全部實現將增加自主儀器設計難度，通過對ADAM 4017模塊與組態王通信過程分析，確定要實現組態軟件與ADAM 4017模塊通信最少需要實現2種命令：一種是$AAM，讀模塊名稱命令，組態軟件內部使用此命令確認模塊運行是否正常；另一種是#AAN，N=1…8，讀取一路模擬量數據的命令。該系統采用該方法成功地實現了組態王與報警器的通信。

可燃氣體檢測報警軟件實現了報警數據及狀態實時顯示；報警位置閃爍，語音提示，彈出窗口文字提示，要求確認；檢測點圖像顯示；報警數據存儲，歷史記錄保存；歷史報警記錄查詢、打印；人工巡檢數據查詢、打印等功能。

隨著油田企業網絡快速發展，油田生產管理數據都要納入到油田企業網中。可燃氣體遠程監測與報警系統與油田企業網相連，在監測報警主機上啟用遠程控制服務器軟件，設置相關安全權限，包括文件傳輸權限、查看權限、控制權限等。在油田企業網的任一計算機上，啟用遠程控制客戶端軟件，使用授權的用戶名和密碼，就可獲得可燃氣體遠程監測與報警系統的控制權。通過油田企業網，上級主管單位或調度室可隨時查看項目運行情況，必要時可通過網絡控制系統的運行。

4 結論

油氣站庫的安全包括可燃氣體監測和工業監視兩部分，工業監視可監視油罐冒頂、漏油、盜油、著火等；可燃氣體監測報警可與工業監視相結合，當某處可燃氣體濃度過高時，直接由計算機控制工業監視畫面切換到該處，檢測是否出現油罐冒頂、漏油、盜油、著火等事故。本文主要介紹了罐區可燃氣體遠程監測與報警系統，該系統采用了組態軟件與自主研發的可燃氣體監測報警器通信，并與油田企業網相連，實現了油氣站庫安全信息數字化網絡化管理。油氣站庫可燃氣體遠程監測與報警系統在某油田實施后，經過多年運行，有效預防了漏油、火災等意外事故及人為破壞等事件的發生，對安全生產管理現代化起到了促進作用，并可與工業監視系統相結合，防患于未然。可燃氣體遠程監測與報警系統中采用的遠程數據采集技術、自主儀器與組態軟件通信技術及網絡化遠程控制等技術，對油田新建油庫或原油庫改造具有一定的參考價值。

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