中國石油武漢油庫消防控制系統分析

黃曉東（中冶南方武漢鋼鐵設計研究院有限公司，湖北武漢430080）

中國石油武漢油庫消防控制系統分析

黃曉東（中冶南方武漢鋼鐵設計研究院有限公司，湖北武漢430080）

本文介紹了油庫的消防自控系統的組成及控制思想，并對消防控制功能的實現做了簡要闡述。

PLC控制系統；故障安全；S7-400FH

引言

油罐區消防系統對確保油罐安全、降低火災、撲救損失有著十分重要的作用。近年來，隨著我國科學技術的發展，消防事業發展迅速，特別是計算機和現代通信技術的引入，使得消防設施的自動化、智能化水平不斷提高，做到了早發現、早預防，努力將火災消滅在萌芽狀態，真正做到“防患于未燃”。

隨著我國經濟不斷發展，對能源的需求量越來越大，大型油品儲備基地隨之誕生。控制系統根據工藝的要求，實現罐群管理功能；根據消防專業的要求，實現必要的消防控制，同時增加PLC控制系統提高消防的自動化水平，進一步滿足了現代化生產的需要。

1　消防系統概述

1.1消防控制系統

在火災發生時，消防控制控制需保持系統供電，并持續長時間工作。而過程控制在緊急切斷完成后，應該斷電，火災發生后兩者的運行方式不同。如油庫消防控制系統與過程控制系統合并設置，過程控制系統也需帶電運行，存在安全隱患，可靠性降低，也無法通過消防驗收。

消防控制系統獨立設置，實現火災自動檢測報警及聯鎖啟動消防泵和閥門等設施。

1.2火災檢測儀表

目前成品油庫消防報警僅設置了手動報警按鈕，未設置火災檢測儀表，主要依靠操作人員巡檢和電視監控發現火災，而油庫電視監控不能檢測到罐區全貌，存在死角，因此監測的及時性不能保證，可能會貽誤最佳救火時機。

消防系統由PLC、消防電動閥、消防水泵、手動報警按鈕等組成。當油罐著火時，值班人員巡檢時確認火情后，就近按下戶外手動報警按鈕，在控制室和消防值班室同時進行聲光報警，值班人員遠程啟動消防水泵及其出口閘閥，開啟著火罐和相鄰罐消防冷卻水干管控制閥。同時依次啟動消防泡沫泵及其出口閘閥，開啟泡沫比例混合器進、出口蝶閥，開啟著火罐泡沫混合液干管控制閥。若消防水泵或泡沫泵出現故障，控制室值班人員應迅速關閉故障泵及其出口閥，啟動備用泵及其出口閘閥。若遠程操作出現故障，應迅速通知消防值班室人員進行就地手動操作。當油庫綜合樓或其它區域著火時，值班人員采用室內、外消火栓滅火。消防穩壓泵自動運行，滿足室內外消火栓用水量和用水壓力。

消防系統的控制采用“手動+遠程遙控”控制方式，消防控制系統設獨立PLC系統一套，（包括CPU冗余、2臺工作站、電源、I/O模塊、網絡交換機、RS-485/（TCP/IP）轉換器及機柜等）并符合SIL2認證；控制采用“手動+遠程遙控”消防控制方式，整個消防控制系統配置如圖1。

1.3實現了多項先進技術的綜合運用

圖1　消防控制系統配置

（1）系統報警主機采用現今最先進的兩總線信號傳輸控制技術，接收現場自動、手動信號后能對消防泵、空調、通風系統等進行聯動控制，具備語音報警及中文顯示功能，主機集總線報警與聯動控制于一體，實現真正意義上的兩總線傳輸控制。

（2）罐頂采用光纖光柵火災探測器，對通過光纖光柵火災探測器探測到的溫度變化，進行程序計算與分析，設定報警點，排除干擾信號，減少誤報警，提高報警的可靠性。

（3）采用的PLC控制技術，實現現場電動閥的開關控制及狀態信號采集；實現消防水泵、消防泡沫泵、消防補水泵的啟停控制及狀態信號采集；監控消防水泵、消防泡沫泵工作時的電流電壓狀態，保護消防用水泵高壓電動機的正常運轉；監控管網壓力，實現水泵出口處電動閥的比例控制，以便控制泡沫出口壓力、水噴淋出口壓力、消防水泡出口壓力、消防管網壓力；監控消防水罐水位。

（4）采用直觀的CRT流程顯示。

（5）通過光纖及局域網通訊方式，在調度中心樓CRT（上位機）上實現同步顯示。

2　控制系統的配置

2.1系統硬件配置

控制系統分為PLC過程控制系統和HMI上位機監控系統兩部分。

（1）過控制系統由西門子的1套冗余CPU S7-412FH和4個分布式I/O ET200M站組成，CPU與ET200M從站通過PROFIBUS-DP的網絡方式進行數據通訊。其中 CPU及ET200M的輸入輸出模塊均帶有故障功能安全。

采用的故障功能安全主要是通過軟件中的安全功能實現的。在發生緊急事件時S7-412 FH Systems執行安全功能以恢復或維護系統的安全狀態。安全功能主要包含在以下組件中：①故障安全CPU（F-CPU）中的安全相關的用戶程序；②故障安全輸入和輸出（F-I/O）。

F-I/O確保現場信息的安全處理（急停按鈕、光柵和電機控制）。它們具有安全處理所需的所有硬件和軟件組件，符合要求的安全等級。可以通過用戶安全功能或故障響應功能提供該過程的安全功能。出現故障時，如果F系統無法再執行其實際用戶安全功能，則將執行故障響應功能，例如，取消激活關聯輸出，以及在必要時將F-CPU切換至STOP模式等等，PLC的具體配置如圖2。

圖2　PLC控制系統硬件配置

（2）上位機監控系統由2臺DELL工控機組成，工控機的硬件配置完全相同，根據安裝軟件的授權不同，分為1臺工程師站和1臺操作員站，可以互為備用，同時采用工業以太網，與PLC實現大量、快速的數據交換，達到實時監控的目的。

2.2系統軟件配置

控制系統的軟件配置：①2套DELL工控機中文WINXPSP2操作系統軟件；②1套西門子公司的STEP 5.4編程軟件；③1套西門子公司的SIMATICS7-400F/FH編程軟件，帶F功能程序塊；④2套WINCC 6.2人機監控軟件。

STEP7用于PLC程序邏輯編制，可用STL/LAD/FBD/CFC/ SFC/SCL等6種方式進行編程，可在線進行程序修改，監視過程運行。WINCC用于上位機畫面圖形及數據采集開發，集生產自動化和過程自動化于一體，實現了相互之間的整合。

3　控制系統實現的功能

控制系統的功能如下：

消防水罐液位檢測、顯示；

消防水罐進水電動閥與水罐液位連鎖，自動啟/閉。消防水罐液位顯示，自動補水，高低液位報警。

消防穩壓泵運行狀態顯示，消防冷卻水管網壓力顯示，與消防穩壓泵連鎖，低壓啟泵，高壓停泵。

消防水泵、消防泡沫泵、消防備用泵遠程啟/停。

消防水泵、消防泡沫泵、消防備用泵出口閘閥遠程開/關。

泡沫比例混合器進、出口蝶閥遠程開/關。

消防穩壓備用泵遠程啟/停，出口閘閥遠程開/關。

每具油罐消防冷卻水及泡沫干管控制蝶閥遠程開/關等。

以老罐區G-3/1著火為例，其消防控制系統邏輯組成框圖如圖3。其中虛線內包括PLC和監控站。操作員在操作畫面上發出指令，PLC控制系統中采用的標準功能塊及邏輯程序將著火罐位號與對應消防泵及消防閥門進行比較一系列的判斷、計算后，輸出數字開關量信號來打開對應的消防泵及消防蝶閥，實現遠程對著火罐降溫、滅火的自動控制功能。

控制系統如圖3。

圖3　消防控制系統組成框圖

程序采用西門子公司的STEP7編程軟件及畫面監控軟件WINCC編制的。簡化后的系統控制主程序塊執行過程如圖4所示。

圖4　控制系統程序框圖

消防閥門及水泵的控制操作分單動和聯動兩種方式。選擇聯動方式時，PLC控制系統調用程序塊將經過邏輯比較判斷，輸出信號實現自動控制相應水泵及閥門；選擇單動方式時，PLC控制系統可以直接控制任一臺閥門的開閉及水泵的啟停。部分水泵控制程序邏輯如圖5。

圖5　水泵控制程序邏輯圖

4　結束語

儲備油庫基地消防監控系統，改變了原有消防報警系統傳統的報警控制模式，在原有報警控制系統模式的基礎上結合了PLC控制方式及PC上位機監視，使系統監控的智能化程度大為提高，其報警及滅火控制功能更為先進，能更好地適應現代化油庫消防管理的需要，同時也為其他油庫消防監控系統的實施提供了一種新的方式、一種新的思路。消防自動化系統自投運以來，系統一直運行穩定良好，從該系統的運行及實施中，我們可以得出以下幾點經驗：

（1）自動化系統設計的合理與否對整個消防系統至關重要。

（2）系統設計應遵循既經濟又先進可靠的原則。

（3）應考慮為并入油庫信息管理系統預留接口。

[1]S7 F_FH系統的組態與編程.

[2]S7分布式故障安全系統使用入門.

[3]SIMATIC S7中的安全工程.

TU998.1

A

2095-2066（2016）31-0096-02

2016-10-21

黃曉東（1977-），男，本科，從事儀器儀表、儀表自動化編程等設計工作。