基于PLC和組態軟件的寶雞中立油庫罐區監控系統設計

張軻

摘 要：該文采用美國羅克韋爾（RockWell）公司—ControlLogix PLC控制系統作為下位機，將其應用到陜西延長中立新能源有限責任公司寶雞甲醇汽（柴）油調制中心油庫罐區項目，實現對儲油罐區各個閥門的遠程控制，同時完成對儲油罐區的液位，溫度等參數的監控，完成對油庫罐區的罐區工藝流程分析、罐區監控方案設計、監控系統的硬件設計、系統的組態設計與實現，以較低的成本利用PLC控制系統及組態軟件實現罐區的監控系統。

關鍵詞：儲油罐區 組態軟件 PLC 監控系統

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（b）-0057-06

儲油罐區是油庫企業生產、儲存、運輸過程中的重要設備，因其儲存的物質具有易燃、易爆和有毒等特點，一旦發生泄漏事故，不僅造成經濟損失，環境污染，而且還可能引發更大的聯鎖失火、爆炸等惡性事故，給人們的生命財產帶來重大的損失，甚至給社會帶來災難性的后果。因此設計安全科學的罐區監控系統具有重大的意義。采用PLC和組態軟件的監控系統對罐區工藝過程進行實時監控、報警和控制，不僅可以有效的提高生產率、降低工人的勞動強度，更重要的是安全監控系統可以時刻監控著油罐和管道的油料運轉的規律，有針對性地監控發現問題，給監控人員發送警報信息，及時采取相應措施解決處理并反饋導致問題發生的原因。從而保證油庫的安全，避免級災害事故的發生。

1 寶雞中立油庫罐區組成情況及工藝流程分析

陜西延長中立新能源有限責任公司寶雞甲醇汽（柴）油調制中心油庫罐區項目共有兩個子罐區，分別為T-1罐組和T-2罐組，T-1罐組采用內浮頂罐，內浮頂罐的浮頂隨油面的升降而升降，浮頂與液面之間不存在氣體空間，油品蒸發量小，因而基本上消除了大小呼吸損耗，即降低了油品損耗，又減少了對大氣的污染。其中T-1罐組由3個500 m3甲醇油罐、3個2000 m3汽油罐、2個5000 m3汽油罐、1個2000 m3柴油罐、2個5000 m3柴油罐組成，每個油罐均設有伺服液位計，多點溫度計，液位開關，罐旁指示儀；T-2罐組均采用臥式罐，由4個60 m3和2個20 m3添加劑罐組成，每個添加劑罐均設有磁翻板液位計。此外在罐區、泵房、等可能產生可燃氣體泄漏點位置設置可燃氣體報警裝置以防范隱患?？刂葡到y設備置于安全區域的綜合辦公樓，通過安全隔離柵將信號接入控制系統，進行防爆處理，保證系統安全。系統可對現場裝置的信號進行采集和處理，并執行上位機的操作命令，完成對現場裝置的控制?，F場的一些檢測系統和執行機構，選用較為先進的且均為本質安全的產品。每個儲罐上控制油料出入的閥門均為電動閥，根據功能要求不同，共設有兩個通道兩個閥門。工藝流程分為油品進庫流程和油品出庫流程兩部分。油品進庫工藝流程如圖1所示。

罐區管理人員在收到調度中心的收油指令后，通過控制室內的操作站將相應的閥門和泵打開，并通過閥門和泵回訊信號確認閥門是否已經打開，同時對油罐的液位及油品的溫度狀態進行動態的監視，如果沒有收到調度中心停止收油的指令則繼續收油，若收到調度中心停止收油的指令或油罐已經有高高位的報警信號則關閉相應的閥門停止收油。

油品出庫工藝流程如圖2所示。

油罐內所裝油料為易燃易爆、有毒有害、污染環境的危險品，在日常運輸的過程中一般均采用專用的運輸工具和管道進行運輸裝卸。根據分析現場作業情況可以分為三大類六大流程，分別為：輸轉類，包括燃料油輸轉和甲醇輸轉；裝車類，包括燃料油鐵路公路裝車和甲醇裝車鐵路公路裝車；卸車類，包括燃料油鐵路公路卸車和甲醇裝車鐵路公路卸車。

2 寶雞中立油庫罐區監控方案設計

2.1 監控系統設計原則

監控系統是為了解整個油庫罐區設備運行和狀態的關鍵系統，對保證安全生產、高效運作起著十分關鍵的作用。因此在系統設計與實施過程中，應主要遵循以下設計原則：

先進性：系統需在了解國內外發展動態，吸收其經驗和成果的基礎上進行方案的設計，使系統的技術性能和水平具有明顯的先進性。

可靠性：系統運行安全可靠，性能穩定，可以在惡劣環境長期連續工作。

通用性：在設計開發監控系統時應盡量考慮采用積木式的模塊化結構。在此基礎上，再根據各種不同設備和不同控制對象的控制要求，靈活地構成系統。這樣設計出的系統便于隨時進行系統的擴充或改造，通用性好。

擴展性：系統的設計容量要考慮富余量，滿足系統今后的擴充需要。

經濟性：系統的造價經濟合理，性能價格比高。

操作維護方便性：在軟件方面，要求人機界面友好，操作簡便，易學易懂；在硬件方面，要求維護檢修方便。

PLC控制監控系統的設計與調試應遵循一定的步驟。整體的設計步驟如圖3所示。

2.2 監控內容及功能

油庫罐區監控系統主要針對罐區的安全設計。所以必須監測罐區的液位、溫度、液位報警以及閥門和泵的運行狀態，為了防止油罐發生泄漏，還要對罐區進行氣體濃度的監測。內容包括：監測罐區共16點可燃氣體濃度；監測3個500 m3甲醇油罐、3個2000 m3汽油罐、2個5000 m3汽油罐、1個2000 m3柴油罐、2個5000 m3柴油罐溫度、液位高低報警；控制和監控11個油罐出入口閥門的運行和運行狀態；控制和監控3臺氣、柴油輸轉泵、1臺甲醇輸轉泵、5臺添加劑輸轉泵的運行和運行狀態。功能包括：（1）對現場儀表及模塊信號的采集和轉換處理；（2）實現對現場各個設備參數及狀態的檢測；（3）動態流程畫面顯示；（4）通過操作畫面查詢和管理工藝過程。

2.3 初步分析

監測罐區的可燃氣體濃度和監測3個500 m3甲醇油罐、3個2000 m3汽油罐、2個5000 m3汽油罐、1個2000 m3柴油罐、2個5000 m3柴油罐溫度共27路信號經過相應的變送器后都會轉換為與現場最大、最小值對應的4～20 mA電流信號，都是模擬量輸入信號。endprint

監測11個油罐出入口閥門和3臺汽、柴油輸轉泵、1臺甲醇輸轉泵、5臺添加劑輸轉泵的運行開關狀態及3個500 m3甲醇油罐、3個2000 m3汽油罐、2個5000 m3汽油罐、1個2000 m3柴油罐、2個5000 m3柴油罐液位高低報警共51路信號對應數字量輸入信號。

控制11個油罐出入閥門和3臺汽、柴油輸轉泵、1臺甲醇輸轉泵、5臺添加劑輸轉泵的運行控制共40路是數字量輸出信號。

2.4 系統I/O統計

系統的I/O點數如表1所示。

2.5 監控方案確定

依據監控系統設計原則與寶雞中立油庫罐區監控系統監控的內容和應具有的功能，以及整個監控系統的規模和成本預算，綜上考慮決定設計選用如今得到廣泛應用的上位機加RS485總線加PLC和工業儀表的監控方案。

3 寶雞中立油庫罐區監控系統硬件設計

3.1 PLC系統的選型

方案確定后，下面就我們需要對監控系統的硬件進行一個詳細的設計。硬件設計首先應該根據現場控制對象的特點和具體的控制任務來確定合適的PLC系統。

（1）確定PLC廠家。通過對市場的考察研究，美國羅克韋爾（RockWell）公司是世界上最大的電氣和電子公司之一，尤其在自動化與控制領域，RockWell是世界上著名的工業自動化科技領域的產品、系統、解決方案和服務的供應商。其PLC產品在全世界有很高的市場占有率。尤其是ControlLogix集成控制平臺是羅克韋爾公司的主力產品。ControlLogix控制系統將高速離散控制、過程控制、協調傳動控制、運動控制、批次控制和安全控制融合于一個控制引擎上（Logix控制平臺），同事兼顧不同規模和具體應用特點，使用相同的編程工具（RSLogix5000編程軟件），風格一致，相同的開放網絡體系結構（NetLinx架構），保證總體成本降至最低，代表了新一代控制系統的發展方向。它具有先進、高效、靈活的系統結構和強大的處理器以及高性能的智能I/O模塊等特點，綜上所述本次PLC控制系統選用ControlLogix控制系統。

（2）確定PLC型號。在PLC廠家確定以后，接下來就要從該廠家的眾多產品中選擇一款適合本項目的PLC產品?；驹瓌t是從控制要求、控制回路類型、控制點數、存儲容量等幾個方面來確定。①控制參數介紹：通過以上對寶雞中立油庫罐區監控內容和功能以及I/0點數的統計可以得出，該罐區的控制屬于簡單控制，回路多以模擬量、數字量輸入為主，帶有少量數字量輸出回路。②控制點數統計：I/O點數是決定PLC規模大小的重要因素，而在PLC控制系統設計中對I/O模塊進行選擇的原則是在滿足控制系統功能要求的前提下適當留有余量。如果I/O模塊數量選擇不夠則達不到系統的控制要求，I/O模塊預留過多則會增加系統的硬件成本，通常的做法是留有實際需要點數的10%～15%的余量。③儲存容量的計算存儲容量的大小基本反應了CPU的控制能力，而用戶程序設計所需要的存儲容量不僅與CPU模塊的控制能力有關，還與實現該工程控制功能的方法、程序設計人員的編程水平有關。PLC模塊I/O點數的多少，可以很大工程上反應PLC系統的功能要求，所以存儲容量也是考慮PLC型號的一個方面。一般來說，存儲容量的計算是在I/O點數確定的基礎上，按下面的公式估算存儲容量后，再加20%～30%的富余量。存儲容量（字節）=開關量I/O點數×10+模擬量I/O通道數×100，另外，在存儲容量選擇的同時，主意對存儲器類型的選擇。通過估算，本項目的存儲容量在10KB以內。

通過對以上幾個方面的研究發現，整個罐區測量的點數并不是很多，以數字量輸入和數字量輸出為主，還有少量的模擬量輸人，控制也相對簡單，I/O點總數在100點左右，在適當預留擴展空間后，總點數在150點以內，所以對系統CPU的要求不算太高，總的來說屬于中小型系統，因此，我們選擇了ControlLogix控制系統的1756-L7X系列PLC。

3.2 PLC硬件配置拓撲結構圖及硬件配置設計

寶雞中立油庫罐區監控系統拓撲結構圖如圖4所示。

硬件配置設計主要包括工程站的設計、控制站的設計、現場儀表選擇。

（1）工作站設計：工作站除了起到人機界面的作用之外，還可起到保留系統歷史數據，打印輸出各種報表等的作用，是系統功能對外體現的重要窗口。工作站分為工程師站和操作員站兩部分，工程師站和操作員站均采用高性能的DELL OPTIPLEX 390 MT（CPU：四核強3GHz/4GMB內存/1T硬盤/21”LCD顯示器/1000M網卡/16XDVD/鍵盤/鼠標）計算機為工控機，安裝WindowsXP操作系統。其中工程師站負責整個系統的通信網絡連接與安全控制、通訊接口配置、人機界面（HMI）的組態、用戶權限庫維護，分析系統事件記錄等，以保證系統按照設計要求來正確運行，工程師站能夠連接到系統主站網絡上的任何一臺計算機；而操作員站是操作人員監視、控制生產過程、維護設備和處理事故的人機接口。其任務是在標準畫面和用戶組態畫面上，匯集和顯示有關的運行信息，運行人員據此對站內工藝生產的運行工況數據進行監視和控制。操作員站通過以太網接口連接現場控制站站控系統，工程師可以直接對控制器進行編程、修改、下裝，并完成監控管理、控制流程的頁面組態、系統維護以及擔負通訊功能。操作員站是獨立的單元，可獨立存取每幅流程圖畫面以及獨立控制系統中的每個點。操作畫面調出時間< 1 s，操作畫面數據刷新速度<1 s。操作員站還可具備系統組態功能，并具備100Mbps通訊接口。操作員站使操作員可在正?；虍惓Ｇ闆r下對全線設備進行控制，并可監視全線各現場控制站的操作數據和狀態。工程師可使用安全密碼在操作員站上對本站進行組態或改變組態。

（2）控制站設計：現場控制站系統主要完成對現場設備的數據采集和監控。本次設計的PLC控制系統所有I/O模塊安裝于控制機柜內，用于連接現場變送器或執行機構。系統I/O模塊將現場設備的狀態通過冗余的ControlNet總線傳送到主控制器Logix處理器，由主控制器處理，同時接受控制站的控制信號，驅動現場執行機構。選用的 ControlLogix系列系列PLC的主控制器支持冗余以太網接口，支持標準的工業以太網協議Ethernet/IP通信協議，同時該設備支持串口實現有線撥號（如ADSL等）、無線GPRS/CDMA及短信告警和數據傳送功能。為了提高系統的可靠性，系統配置了冗余的兩個控制站。每個控制站包括一個1756-PA72電源模塊，一個1756-L71中央處理單元，一個1756-EN2T以太網通訊模塊，一個1756-CN2R I/O分站通訊模塊，一個1756-RM2冗余模塊組成。兩個中央處理器單元通過1756-RM2模塊實現了硬件冗余，通過1756-EN2T以太網通訊模塊連接上位機，構成了上位機的監控軟件冗余。I/O分站與PLC之間采用ControlNet網絡進行通訊。主要硬件參數。endprint

CPU：1756-L71 ControlLogix控制器?？刂破鲀却?M，擴展用戶內存1G；系統容量，支持數字量最多I/O 256000個，模擬量I/O 8000個；支持EtherNet/IP、ControlNet、DeviceNet、Modubus等通訊協議；多主總線；背板通訊采用生產者/客戶模式?？煽康目刂菩阅?，使用環境如下：工作溫度：0～60 ℃，儲存溫度：-40～85 ℃，相對濕度：5%～95%（無冷凝），振動：10～500 Hz，2.0G峰值加速度，沖擊：工作時：30G峰值，11 ms，存儲時：50G峰值，11 ms，隔離：4350VDC或1800 VAC持續1秒，程序掃描時間（/k指令）：0.03 ms，工作電壓：85～265 VAC，頻率范圍：47～63 Hz，模塊化、可擴展的結構單一機架中可放置多個控制器，均衡負荷，提高系統性能，處理器位置無槽位限制，通訊處理器獨立于控制器（通訊無需控制器介入），背板符合生產者-消費者協議，所有模塊帶電拔插（RIUP），在線添加I/O模塊、變頻器，模板的軟件組態可達到點級，高性能帶診斷和隔離的I/O，電子鍵控，單一處理器的多種控制能力（離散、過程、批次、傳動、運動及安全），分布式控制解決方案，CPU和I/O可以連接在同一ControlNet網絡，實現I/O數據共享，處理器與處理器間的通訊不需要編寫應用代碼。（見圖5）

以太網通訊模塊：1756-EN2T。通訊速度：10/100Mbps，每秒10，000個信息，鏈接數：64個TCP/IP鏈接，128個Logix（I/O）最大功耗：3.65W，背板電流：700 mA/5 V。

ControlNet通訊模塊：1756-CN2R。接口：2BNC接口；1NAP（RF-45 8-pin帶保護），模塊安裝位置：1756 ControlLogix框架，背板電流：1A（5V DC），1.7 mA（24V DC），電力耗散：5.14 W，熱耗散：17.5BTU/小時，環境條件：工作溫度：0～60 ℃，存儲溫度：-40℃～85℃，相對濕度：5%～95%無冷凝，通訊速率：5Mbps，連接數：128個，電纜：RG-6同軸電纜1786-RG6，分接頭： 1786-TPS。（見圖6）

冗余通訊模塊：1756-RM2。冗余通訊模塊：1756-RM2，電纜介質：光線，連接電纜：1756-RMC1，電壓：最大30 V直流/交流，電流：100 MA，背板電流：0.75 A，功率：1 A/5 V，環境條件：工作溫度：0～60 ℃，存儲溫度：-40～85 ℃，相對濕度：5%～95%無冷凝。冗余系統的構建無需編程，對于EtherNet/IP、ControlNet網絡上的設備來說，都是透明的。通過1756-RM來保持一對冗余框架的通訊。對任一通過網絡連接到冗余控制器機架的設備，切換是透明的，應用程序從主控制器裝入到從控制器的過程是透明的，工作站對主控制器的組態/命令/編輯等， 被自動地送入從控制器。

現場儀表選擇：根據設計的技術要求和參數，我們全部選Endress+Hauser（恩德斯+豪斯，簡稱E+H公司）公司的智能儀表對罐區的溫度監控、液位報警監控進行測量。E+H公司擁有品種齊全的罐區專用儀表，涵蓋各種應用需求，包括精度高達±0.7 mm的智能型伺服液位計系列，控制級雷達M系列、高精度1 mm的S系列智能雷達液位計，儲罐平均溫度計，音叉式液位開關系列，電容式液位開關系列，品質精良的質量流量計系列，渦街流量計系列，以及壓力變送器、溫度變送器系列。這些儀表應用成熟，在中國擁有廣泛的用戶。主要儀表及技術參數：

溫度儀表：平均溫度計-NMT539。Prothermo NMT 539智能HART信號轉換器可集成平均溫度傳感器和罐底水位傳感器。平均溫度傳感器是由多點高精度Pt100測量元件組成。NMT 539適用于各種儲罐，可同時提供連續的平均溫度和罐底水位測量值，并通過HART協議與主設備通信。適用于連接Endress+Hauser的Proservo NMS 5系列伺服液位計或NRF 590罐旁指示儀及Micropilot系列雷達液位計，組成高精度的總量管理測量系統。

技術參數：精度（溫度）：≤±0.1 ℃（參考條件下），精度（水位）：≤±2 mm（帶1 m探頭，參考條件下），環境溫度：-40+85℃（轉換器外殼），防護等級：IP65，防爆等級：Exia，電氣接口：M20*1.5，測量變量：液體/氣體溫度測量范圍：-40～+100℃，RTD信號，罐底水位測量范圍：1m或2m，電容信號，數據傳輸：二線，E+H HART協議至主測量儀表，連接：最多可連接16個測溫元件，鑄鋁外殼。（見圖7）

液位報警：FTL音叉限位開關。應用于各種液體的限位監測，帶抗腐涂層，適用于易爆危險區、食品和藥品行業，一體化設計，適用于管道安裝或難于安裝的地方，溫度范圍：FTL50（H），FTL51（H）：-40～+150 ℃（特殊要求可到-50℃+150 ℃）FTL51C： -50～150 ℃（特殊要求可到230℃，介質壓力：FTL50（H），FTL51（H）：≤64 bar，FTL51C：≤40 bar，—介質粘度：≤10000 mm/s，—介質密度：0.5 g/cm或0.7 g/cm，無需標定：快捷、低耗啟動，無機械移動部件：免維護，不磨損，使用壽命長，叉體腐蝕監視：具有保證功能。（見圖8）

4 系統的組態設計與實現

4.1 組態軟件的選擇

目前的計算機監控系統里，制作上位機監控程序的方法有多種，如利用VB、VC等可視化編程工具制作控制界面，調用MSCOMM軟件或利用Windows API函數上位機串口通訊；或直接利用工業組態軟件來制作上位機監控程序。由于本油庫罐區監控系統涉及的變量較多，功能要求齊全，所以選用工業組態軟件來進行設計。上位機組態軟件選用羅克韋爾（RockWell）公司自主研發的企業級的分布式HMI解決方案FactoryTalk View Site Edition軟件集成包中的FactoryTalk ViewStudio組態軟件。下位機程序選用ControlLogix控制系統的32位編程軟件RSLogix5000。endprint

4.2 組態軟件介紹

FactoryTalk ViewStudio上位機組態軟件是用于開發或測試機器級或者監控管理級人機交互界面（HMI）應用程序的組態軟件。包含用于創建完整人機交互界面項目的編輯器，還包含用于測試應用程序的軟件。使用該編輯器可以創建所需的任何簡單或者復雜的應用程序。軟件組態包括輸入輸出端口與現場儀表信號的對應、實現控制功能及控制回路連接、工藝流程圖的輸入及與現場儀表的對應。下位機編程軟件RSLogix5000具有相當友好的界面，并可通過網絡進行遠程編程。運行環境為Windows XP，學習使用方便，并可結合中文描述。軟件易于使用，符號化編程把文檔和編程功能集成在一起加快了編程速度，自動地址分配管理數據表并跟蹤I/O使用信息，交叉參考信息可顯示與某一地址相關的所有指令，梯級數和程序文件的列表，自定義顯示屏幕可從數據表中選擇最多40個不同的地址，并將其顯示在一個屏幕上，高級診斷利用PageTitle/SectionHeader將您的程序分割成多個較小的邏輯部分，以便于錯誤檢查。利用I/O偏移進行塊剪切/復制/粘貼在梯形圖間可拷貝及粘貼梯級塊，多次使用重復性的梯級程序，I/O模塊的布局和組態在編程完成前后完全定義I/O，智能塊傳送模塊可使用組態和監視屏幕，梯級和數據表程序比較。（見圖9）

4.3 下位機PLC程序設計與組態

本監控系統主要實現的邏輯控制有11個油罐出入口閥門的啟動停止，3臺汽、柴油輸轉泵、1臺甲醇輸轉泵、5臺添加劑輸轉泵的啟動停止，液位開關高位報警后的聯鎖關閥；狀態監控包括11個油罐出入口閥門的運行狀態，3臺汽、柴油輸轉泵、1臺甲醇輸轉泵、5臺添加劑輸轉泵的運行狀態，這部分邏輯控制與狀態監控涉及的變量主要是數字量輸入輸出。因此在編程時，采用邏輯梯形圖進行編程。具體程序如圖10、11所示。

監控測量罐區的16點可燃氣體濃度和3個500 m3甲醇油罐、3個2000 m3汽油罐、2個5000 m3汽油罐、1個2000 m3柴油罐、2個5000 m3柴油罐溫度所涉及的變量主要模擬量輸入。一般現場儀表的4～20 mA模擬量信號進入模擬量通道后，首先經過模塊采集數據的模式將電流信號轉換成0～16000的整型數據類型，整型數據是可以直接被計算機識別的，但是不能被用戶直接使用，必須要使用功能模塊圖中的量程轉換模塊將0～16000的整定成為各種不同單位的實型數據。而ControlLogix控制系統配置的1756-IB32模擬量輸入模塊十分方便和人性化，具備自整定功能，因此只需要在硬件組態時，對需要整定的模擬量進行設置即可，無需在使用功能模塊圖中的量程轉換模塊進行整定。然后將所有變量標簽同上位機的變量逐一進行映射，上位機畫面即可正常顯示監控測量到的工業數據。

以上邏輯編程完成后，用功能模塊圖編寫出主程序，主程序主要用來調用邏輯控制和監控的子程序，通過調用，可以自動實現程序的運行，主程序如圖12所示。

4.4 上位機PLC程序設計與組態

上位機組態使用FactoryTalk ViewStudio軟件。主要功能包括T-1罐區、T-2罐區動態工藝流程監控畫面的顯示、報警和事件監控畫面、罐區參數歷史趨勢圖、以及各個畫面之間的跳轉切換、通過工藝流程監控畫面查詢和管理工藝過程。有了這些功能，可以很直觀的實現對整個寶雞中立油庫罐區的監控。監控畫面的制作可以直接從上位機編程軟件FactoryTalk ViewStudio中自帶的圖庫選擇調用，也可以通過強大的繪圖軟件自主繪制位圖，然后插入到監控畫面中，然后定義相關變量，同下位機采集到的相關變量數據逐一映射對應，上位機監控畫面即可正常顯示監控測量到的工業數據。上位機工藝流程監控畫面如圖13、14、15所示。

5 結語

該文在對油庫罐區監控系統和PLC控制系統的詳細調研基礎上，完成了對基于PLC的油庫罐區監控系統的設計。設計的是一個集監測、控制為一體的監控系統。依據監控系統設計原則與寶雞中立油庫罐區監控系統監控的內容和應具有的功能，以及整個監控系統的規模和成本預算，最終選用了到廣泛應用的上位機加RS485總線加PLC和工業儀表的監控方案。并用功能強大的組態軟件完成了對系統組態。該監控系統的成功投運將對提高整個罐區自動化管理水平，降低工人勞動強度，改善工人工作條件，避免事故發生等方面起到了很重要的意義。

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4.2 組態軟件介紹

FactoryTalk ViewStudio上位機組態軟件是用于開發或測試機器級或者監控管理級人機交互界面（HMI）應用程序的組態軟件。包含用于創建完整人機交互界面項目的編輯器，還包含用于測試應用程序的軟件。使用該編輯器可以創建所需的任何簡單或者復雜的應用程序。軟件組態包括輸入輸出端口與現場儀表信號的對應、實現控制功能及控制回路連接、工藝流程圖的輸入及與現場儀表的對應。下位機編程軟件RSLogix5000具有相當友好的界面，并可通過網絡進行遠程編程。運行環境為Windows XP，學習使用方便，并可結合中文描述。軟件易于使用，符號化編程把文檔和編程功能集成在一起加快了編程速度，自動地址分配管理數據表并跟蹤I/O使用信息，交叉參考信息可顯示與某一地址相關的所有指令，梯級數和程序文件的列表，自定義顯示屏幕可從數據表中選擇最多40個不同的地址，并將其顯示在一個屏幕上，高級診斷利用PageTitle/SectionHeader將您的程序分割成多個較小的邏輯部分，以便于錯誤檢查。利用I/O偏移進行塊剪切/復制/粘貼在梯形圖間可拷貝及粘貼梯級塊，多次使用重復性的梯級程序，I/O模塊的布局和組態在編程完成前后完全定義I/O，智能塊傳送模塊可使用組態和監視屏幕，梯級和數據表程序比較。（見圖9）

4.3 下位機PLC程序設計與組態

本監控系統主要實現的邏輯控制有11個油罐出入口閥門的啟動停止，3臺汽、柴油輸轉泵、1臺甲醇輸轉泵、5臺添加劑輸轉泵的啟動停止，液位開關高位報警后的聯鎖關閥；狀態監控包括11個油罐出入口閥門的運行狀態，3臺汽、柴油輸轉泵、1臺甲醇輸轉泵、5臺添加劑輸轉泵的運行狀態，這部分邏輯控制與狀態監控涉及的變量主要是數字量輸入輸出。因此在編程時，采用邏輯梯形圖進行編程。具體程序如圖10、11所示。

監控測量罐區的16點可燃氣體濃度和3個500 m3甲醇油罐、3個2000 m3汽油罐、2個5000 m3汽油罐、1個2000 m3柴油罐、2個5000 m3柴油罐溫度所涉及的變量主要模擬量輸入。一般現場儀表的4～20 mA模擬量信號進入模擬量通道后，首先經過模塊采集數據的模式將電流信號轉換成0～16000的整型數據類型，整型數據是可以直接被計算機識別的，但是不能被用戶直接使用，必須要使用功能模塊圖中的量程轉換模塊將0～16000的整定成為各種不同單位的實型數據。而ControlLogix控制系統配置的1756-IB32模擬量輸入模塊十分方便和人性化，具備自整定功能，因此只需要在硬件組態時，對需要整定的模擬量進行設置即可，無需在使用功能模塊圖中的量程轉換模塊進行整定。然后將所有變量標簽同上位機的變量逐一進行映射，上位機畫面即可正常顯示監控測量到的工業數據。

以上邏輯編程完成后，用功能模塊圖編寫出主程序，主程序主要用來調用邏輯控制和監控的子程序，通過調用，可以自動實現程序的運行，主程序如圖12所示。

4.4 上位機PLC程序設計與組態

上位機組態使用FactoryTalk ViewStudio軟件。主要功能包括T-1罐區、T-2罐區動態工藝流程監控畫面的顯示、報警和事件監控畫面、罐區參數歷史趨勢圖、以及各個畫面之間的跳轉切換、通過工藝流程監控畫面查詢和管理工藝過程。有了這些功能，可以很直觀的實現對整個寶雞中立油庫罐區的監控。監控畫面的制作可以直接從上位機編程軟件FactoryTalk ViewStudio中自帶的圖庫選擇調用，也可以通過強大的繪圖軟件自主繪制位圖，然后插入到監控畫面中，然后定義相關變量，同下位機采集到的相關變量數據逐一映射對應，上位機監控畫面即可正常顯示監控測量到的工業數據。上位機工藝流程監控畫面如圖13、14、15所示。

5 結語

該文在對油庫罐區監控系統和PLC控制系統的詳細調研基礎上，完成了對基于PLC的油庫罐區監控系統的設計。設計的是一個集監測、控制為一體的監控系統。依據監控系統設計原則與寶雞中立油庫罐區監控系統監控的內容和應具有的功能，以及整個監控系統的規模和成本預算，最終選用了到廣泛應用的上位機加RS485總線加PLC和工業儀表的監控方案。并用功能強大的組態軟件完成了對系統組態。該監控系統的成功投運將對提高整個罐區自動化管理水平，降低工人勞動強度，改善工人工作條件，避免事故發生等方面起到了很重要的意義。

參考文獻

[1] 徐玉明，竺柏康.油氣儲存與裝卸系統[M].中國石化出版社，2008.

[2] 樊寶德，朱煥勤.油庫計量與監控設備[M].中國石化出版社，2006.

[3] 馬國華.監控組態軟件及其應用[M].清華大學出版社，2003.

[4] 鄒裕森.過程控制系統及儀表[M].機械工業出版社，2000.

[5] 羅克韋爾公司[M].RSLogix5000編程環境入門[Z].

[6] 羅克韋爾公司[M].FactoryTalk View SE用戶手冊.

[7] 宋紹樓，劉昕明，趙宇龍.基于KingView6.52和PLC的油庫監控系統設計[J].電器應用石化電器，2009，28（2）：44-46，51.endprint

4.2 組態軟件介紹

FactoryTalk ViewStudio上位機組態軟件是用于開發或測試機器級或者監控管理級人機交互界面（HMI）應用程序的組態軟件。包含用于創建完整人機交互界面項目的編輯器，還包含用于測試應用程序的軟件。使用該編輯器可以創建所需的任何簡單或者復雜的應用程序。軟件組態包括輸入輸出端口與現場儀表信號的對應、實現控制功能及控制回路連接、工藝流程圖的輸入及與現場儀表的對應。下位機編程軟件RSLogix5000具有相當友好的界面，并可通過網絡進行遠程編程。運行環境為Windows XP，學習使用方便，并可結合中文描述。軟件易于使用，符號化編程把文檔和編程功能集成在一起加快了編程速度，自動地址分配管理數據表并跟蹤I/O使用信息，交叉參考信息可顯示與某一地址相關的所有指令，梯級數和程序文件的列表，自定義顯示屏幕可從數據表中選擇最多40個不同的地址，并將其顯示在一個屏幕上，高級診斷利用PageTitle/SectionHeader將您的程序分割成多個較小的邏輯部分，以便于錯誤檢查。利用I/O偏移進行塊剪切/復制/粘貼在梯形圖間可拷貝及粘貼梯級塊，多次使用重復性的梯級程序，I/O模塊的布局和組態在編程完成前后完全定義I/O，智能塊傳送模塊可使用組態和監視屏幕，梯級和數據表程序比較。（見圖9）

4.3 下位機PLC程序設計與組態

本監控系統主要實現的邏輯控制有11個油罐出入口閥門的啟動停止，3臺汽、柴油輸轉泵、1臺甲醇輸轉泵、5臺添加劑輸轉泵的啟動停止，液位開關高位報警后的聯鎖關閥；狀態監控包括11個油罐出入口閥門的運行狀態，3臺汽、柴油輸轉泵、1臺甲醇輸轉泵、5臺添加劑輸轉泵的運行狀態，這部分邏輯控制與狀態監控涉及的變量主要是數字量輸入輸出。因此在編程時，采用邏輯梯形圖進行編程。具體程序如圖10、11所示。

監控測量罐區的16點可燃氣體濃度和3個500 m3甲醇油罐、3個2000 m3汽油罐、2個5000 m3汽油罐、1個2000 m3柴油罐、2個5000 m3柴油罐溫度所涉及的變量主要模擬量輸入。一般現場儀表的4～20 mA模擬量信號進入模擬量通道后，首先經過模塊采集數據的模式將電流信號轉換成0～16000的整型數據類型，整型數據是可以直接被計算機識別的，但是不能被用戶直接使用，必須要使用功能模塊圖中的量程轉換模塊將0～16000的整定成為各種不同單位的實型數據。而ControlLogix控制系統配置的1756-IB32模擬量輸入模塊十分方便和人性化，具備自整定功能，因此只需要在硬件組態時，對需要整定的模擬量進行設置即可，無需在使用功能模塊圖中的量程轉換模塊進行整定。然后將所有變量標簽同上位機的變量逐一進行映射，上位機畫面即可正常顯示監控測量到的工業數據。

以上邏輯編程完成后，用功能模塊圖編寫出主程序，主程序主要用來調用邏輯控制和監控的子程序，通過調用，可以自動實現程序的運行，主程序如圖12所示。

4.4 上位機PLC程序設計與組態

上位機組態使用FactoryTalk ViewStudio軟件。主要功能包括T-1罐區、T-2罐區動態工藝流程監控畫面的顯示、報警和事件監控畫面、罐區參數歷史趨勢圖、以及各個畫面之間的跳轉切換、通過工藝流程監控畫面查詢和管理工藝過程。有了這些功能，可以很直觀的實現對整個寶雞中立油庫罐區的監控。監控畫面的制作可以直接從上位機編程軟件FactoryTalk ViewStudio中自帶的圖庫選擇調用，也可以通過強大的繪圖軟件自主繪制位圖，然后插入到監控畫面中，然后定義相關變量，同下位機采集到的相關變量數據逐一映射對應，上位機監控畫面即可正常顯示監控測量到的工業數據。上位機工藝流程監控畫面如圖13、14、15所示。

5 結語

該文在對油庫罐區監控系統和PLC控制系統的詳細調研基礎上，完成了對基于PLC的油庫罐區監控系統的設計。設計的是一個集監測、控制為一體的監控系統。依據監控系統設計原則與寶雞中立油庫罐區監控系統監控的內容和應具有的功能，以及整個監控系統的規模和成本預算，最終選用了到廣泛應用的上位機加RS485總線加PLC和工業儀表的監控方案。并用功能強大的組態軟件完成了對系統組態。該監控系統的成功投運將對提高整個罐區自動化管理水平，降低工人勞動強度，改善工人工作條件，避免事故發生等方面起到了很重要的意義。

參考文獻

[1] 徐玉明，竺柏康.油氣儲存與裝卸系統[M].中國石化出版社，2008.

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[3] 馬國華.監控組態軟件及其應用[M].清華大學出版社，2003.

[4] 鄒裕森.過程控制系統及儀表[M].機械工業出版社，2000.

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[6] 羅克韋爾公司[M].FactoryTalk View SE用戶手冊.

[7] 宋紹樓，劉昕明，趙宇龍.基于KingView6.52和PLC的油庫監控系統設計[J].電器應用石化電器，2009，28（2）：44-46，51.endprint