摘 要：专门针对危险区域设计的GE Fanuc MTL MOST开放式控制系统可直接安装于装置现场危险区域，本文介绍了GE Fanuc MOST控制系统的特点及其在油码头中的应用。
关键词：码头，危险区域，本质安全，控制系统，浪涌保护器
GE Fanuc MOST Control System and Application In Oil Dock
Abstract: GE Fanuc MTL MOST open control system is designed to directly installed in dangerous area. This article introduces the features and application in oil dock of GE Fanuc MOST control system.
Keywords: oil dock, dangerous area, intrinsic safety, control system
1. 引言
海南炼化30万吨级原油码头和10万吨级成品油码头由1个原油泊位和4个成品油泊位组成，是目前国内规模最大，技术水平最高的输油码头，承担了海南炼化原材料输入和最终产品输出的任务。输油码头属于危险防爆2区装置，设备分布非常分散，主要控制的对象有温度、压力、流量、阀门等，这就要求其控制方案必须有一套完善的控制、联锁、报警和急停系统去完成工艺参数的采集与监控。
海南炼化在新建油品码头过程中，针对装置的防火防爆要求，以及设备分布较分散，控制对象要求较高等情况，选用了GE Fanuc公司的MOST开放式控制系统，收到控制效果好、精度高和投资省的较好结果，满足了海南炼化油口码头的生产要求。
2. 控制系统硬件配置设计
海南炼化原油和成品油码头各自采用独立的控制系统，共由5个现场控制站组成。其中原油码头占用2个控制站，成品油码头占用3个控制站，原油和成品油码头控制室各设1个操作站和1个工程师站组成。控制站与操作站相互之间采用百兆级冗余以太网连接，组成一个完整的控制系统，如图1所示。
2.1控制站
原油码头控制系统中包括2个控制站、1台操作站、1台工程师站兼操作员站。其中1#控制站放置在1#原油泊位现场控制室内，原油引桥控制站则直接放置在距离控制室两千米左右的装置现场，因此对硬件系统的防爆性能、通讯系统、工作范围、可靠性、鲁棒性以及防腐蚀能力要求较高。每个控制站均采用冗余控制器、冗余电源、冗余网络的原则进行配置，其中1#控制站由4个电源模块、2个控制器、24个I/O模块组成，原油引桥控制站由2个电源模块、2个控制器、8个I/O模块组成。
成品油码头控制系统中包括3个控制站、1台操作站、1台工程师站兼操作员站。其中2#泊位控制站放置在2#泊位现场控制室内，4#泊位控制站放置在4#泊位控制室成品油码头控制系统中包括3个控制站、1台操作站、1台工程师站兼操作员站。其中2#泊位控制站放置在2#泊位现场控制室内，4#泊位控制站放置在4#泊位控制室小、2个控制器、24个I/O模块组成，4#泊位控制站由2个电源模块、2个控制器、60个I/O模块组成，消防泵房控制站由2个电源模块、2个控制器、16个I/O模块组成。
其中原油码头1#泊位控制站与成品油码头2#泊位控制站提供冗余的Modbus接口与海南炼化罐区DCS系统进行通讯，便于罐区操作人员及时掌握码头生产操作的运行状态。
成品油码头装船时需要对油品进行计量，因此对计量系统的要求非常高，因此2#泊位控制站和4#泊位控制站除了接收现场质量流量计的4～20mA瞬时流量信号，同时提供冗余的Modbus接口与质量流量计进行RS485通讯，接收瞬时流量、密度、累积量等信息。正常情况下以通讯值为准，通讯中断时以4～20mA信号为准，实现多方案对油口输出装船计量进行监控。
2.2 控制器
根据码头装置生产的特点，CPU模块选择了MOST混合控制器，该控制器具有高度灵活的数据采集输入输出和控制功能，可实现常规控制、逻辑控制和顺序控制。控制器采用266MHz 32位微处理器，25M内存，双以太网和双串行通讯接口，支持API、现场总线、ModBus、HART、点对点通讯以及OPC，可以实现冗余配置，可直接安装在危险2区。一个控制器最多可安装64个I/O模块，支持热插拔。双路电源供电。
冗余控制器配置中，冗余控制器互为备用，同步接收输入信号数据，同步执行控制计算，同时互相传送计算结果。当一个控制器监测到错误时，无故障的控制器可以立刻接着进行控制，实现无扰动切换。
2.3 IO模块
MOST系统的电源、控制器和I/O模块可以直接安装危险2区，部分I/O模块内置本质安全型安全栅，无需额外安装安全栅，通道隔离、监测以及LED指示，支持多种信号类型，支持在线热插拔。模拟量输入A/D转换分辨率达到16位，模拟量输出A/D转换分辨率达到12位，能够对现场回路进行检测，内置输入变量线性化、工程单位转换、开平方滤波、报警及冷端温度补偿运算功能。IO卡件具备最快20ms模拟量调节功能，10ms数字量控制功能和1msSOE控制功能。
3. DCS系统软件设计
MTL公司提供整个区域的系统软件，主要包括MOST系统组态、控制策略软件WorkBench和人机界面HMI软件。
3.1 系统组态和控制软件
系统使用Workbench进行系统硬件和控制策略的组态。整个控制软件涵盖了阀门控制回路、报警联锁回路、计量累积回路，马达控制回路等全部的油品码头生产自控程序。
所有的回路控制和联锁功能在现场控制站独立运行。通过控制站的网络功能，控制站与控制室的操作站进行通讯联系。操作人员的操作控制指令由操作站通过网络下达至控制站。
3.2 人机界面软件
操作站人机界面（HMI）软件应是基于Windows XP操作系统的软件。可以创建强大的、功能齐全的监控系统，充分利用Microsoft Windows的先进功能，包括ActiveX控件、OLE、图形、网络等。还可以通过添加自定义ActiveX控件、向导、常规对象、以及创建来扩充的功能。操作站人机界面（HMI）软件主要完成实时监控、历史记录，数据采集、系统报警及打印报表等重要功能。
采用高性能计算机作为监控系统支撑硬件平台，以Windows XP和组态软件构成监控系统运行平台。提供友好的人机交互界面功能、图形处理功能、报表处理功能、报警处理功能、查询功能、用户权限管理功能等。
3.3 文件资料
整个DCS系统文件资料包括：系统结构图、系统配置图、IO清单、机柜布置图、电源分配图、接线图、控制回路图、逻辑联锁图等。
4. 控制系统实施
通过对DCS系统配置的审查，最终确定以上整体方案。DCS系统的组态、现场设备安装、调试和投用过程大约花费了60个工作日。由于使用了Workbench的Strategy进行组态，整个组态过程相当方便、快捷。出错率也相当低。整个系统一次开车成功。
5. 控制系统性能分析与改进
对于使用于防爆2区的控制系统，MOST控制系统相比其他厂商的DCS系统来说相对较便宜。其节省投资的部分主要来自于节省了危险/安全区安全栅的设备投资。其次，由于控制站可以安装在控制现场，一次仪表只须连接到现场控制站而非全部连接到中央控制室。这样就节省了信号电缆，这对控制装置分布较散、区域较大的控制系统来说，就显得尤为重要，可节省大量的电缆投资。码头装置属于典型的分散性装置
原油码头和成品油码头控制系统自2006年7月开始投入运行，运行情况良好。迄今为止，DCS系统已经安全、无故障运行长达16000小时。其间经历了一个夏季高温的考验。在夏季高温时期，机柜内部最高温度62℃。经过三个夏季的考验，证明MOST系统可耐较高的气温。没有发生过控制器因高温而中止运行或复位重启等故障现象。
MOST系统的硬件结构简洁，安装方便，接线故障率少，可靠性较高。软件的组态也较方便，花费时间少，维护方便、直观。图形化的编程方式给用户的组态，调试和维护有很大的帮助。在线调试功能使监控数据一目了然，方便查找编程错误。提供的功能模块能满足自控系统的要求，组态调用很方便。
目前码头控制系统只能够实现单纯的开关阀门，无法实现定量开阀和定量装船。可以将每条输油管线的最后一个阀门改为调节阀，即可实现定量开阀和定量装船。此外，整个码头的调度位于成品油码头，无法从操作站看到原油码头的实时信息。如果能够将成品油和原油码头网络连成一个网络，就可以实现上述要求。但是由于两个码头距离在八千米左右，光缆的成本会非常高。目前已有可以直接安装在防爆2区的无线以太网交换机进入市场，可以选择无线交换机实现两个码头网络的互联。
6. 结束语
经过近三年的运行，MOST系统在码头生产监控中扮演了重要角色，满足了高温、高压、高危险介质的控制要求，为今后油码头装置的建设和生产积累了宝贵经验。
参考文献：
1、陆德民，张振基，黄步余等. 石油化工自动控制设计手册. 北京: 化学工业出版社, 2001. 160～196
2、乐嘉谦. 仪表工手册. 北京: 化学工业出版社, 1998. 410～468