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1、化工企业安全监控预警系统安全监控预警系统研究报告安生信息科技2007年4月项目概述: 对化工罐区进行有效的监控对提高治理水平，降低工人的劳动强度，改善工人的工作条 件，幸免事故的发生等等方面具有十分重要的意义。在我国，长期以来对罐区和码头的治理 要紧是靠人工进行，并没有真正意义上的“监控系统”。随着各种新技术、新方法应用到储 罐计量领域，到了90年代初，各罐区储罐上差不多都装备了能够对液位进行自动测量的外 表，操作人员就能够坐在操纵室里通过二次外表纵观各储罐的状况，然而具体的操纵工作仍 需人工进行。随着工业总线系统理论的提出和产品大量进入工业过程操纵，自动化操纵系统及外表正向着数字化、智能化和
2、网络化（或分散化）方向进展，而利用PROFIBUS总线就能专门好得实 现对大型复杂系统的远程操纵。防爆远程I/O系统的显现解决了传统防爆系统、产品投资高、 可靠性低、运用复杂等问题，在工业领域得到广泛运用。基于Prof ibus现场总线技术的现场操纵器真正表达了过程自动化的分散操纵概念，操 纵能够从地理上分散到各个现场总线器件中，而不是像传统的DCS系统，所有的操纵策略是 在其内部做出的。现场总线操纵系统成为操纵系统进展的方向，积极开发基于现场总线的操 纵系统，推进工业自动化的进展成为当今的重要课题。本报告通过分析国内外工业操纵现场总线网络系统的主流类型、特点、应用领域以及对 宁波港镇海港埠液
3、体化工区现有监控系统情形进行认真分析，对集散操纵系统，现场总线操 纵系统和远程I/O的特点进行详细比较，提出以新型远程I/O为基础的两层现场总线操纵系 统，对罐区监控系统进行了系统结构和系统软、硬件设计，并成功应用于宁波港液体化工区。本文设计的系统采纳支持PROFIBUS现场总线协议的西门子SIMATIC S7-400为PLC,用 德国CEAG公司的现场防爆Il0产品建立防爆远程I/0站采集现场数据，采纳PROFIBUS-DP 总线来实现数据信号的传输，从而实现化工区的远程监控。重点解决的是在工罐区防爆、防火、防腐的专门条件下，PLC系统和现场防爆I/O产品 的选择。关键词:PROFIBUS,
4、现场总线，远程防爆I/0站名目第一章绪论11. 1研究背景11. 2研究的目的和意义21. 3国内外相关技术及其进展 31. 4研究的要紧内容 4第二章宁波港液体化工区现状分析52. 1宁波港液体化工区概况52. 2装卸工艺简介 72. 3监控现状及分析 8第三章系统总体设计的差不多思路103. 1监控系统设计原则103. 2监控系统的功能要求123. 3监控方案研究143. 3. 1分散操纵系统(DCS)143. 3. 2现场总线操纵系统(FCS)153.3.3远程I/O操纵系统173. 3. 4监控方案比选193. 4小结2O第四章监控系统通讯网络研究224. 1现场总线技术概述224.1
5、.1现场总线的要紧特点224. 1. 2现有的几种现场总线234. 1. 3现场总线的进展趋势254. 2通讯网络选型264. 2. 1 三菱 CC 一 Link 网络264.2.2 Omron Controller-Link 网络274. 2. 3 Siemens Profibus网络284. 2. 4小结314.3 Profibus-DP 网络设计314.3.1 Profibus-DP 行规314.3.2 Profibus-DP 系统配置32第五章监控系统的硬件设计335. 1现场防爆设备335. 2远程工/0从站的设计345. 2. 1防爆远程I/O站的选择345. 2. 2防爆远程I/
6、0站的设计385. 3 PLC操纵站的设计375. 4监控层的设计39第六章结论42第一章绪论1. 1背景随着化学、石油工业的不断进展，世界各国对液体化工制品的需求也在不断地增加。为了满足这一要求，各国纷纷建立为数众多的化学工厂来生产相关的产品，而为了方便液体化 工原料、中间体和制品的运输、接卸、储备，在沿海地区港口建设了许多不同功能罐区，用 以储备、运输品种繁多的液体化工原料、中间体和制品。这些港口的治理部门每天都需要把 握罐区每个储罐罐内储备介质的液位、温度、压力、体积和质量、罐区内可燃气体浓度以及 码头的管道压力、连通管道流量、阀门状态和可燃气体浓度等重要数据，既要保证数据的准 确和及时
7、，又要确保储罐、码头的安全，防止意外事故的发生。因此，罐区储罐和码头参数 的精确检测，码头以及罐区各作业流程的有效治理是专门重要的。在我国，长期以来对罐区和码头的治理要紧是靠人工进行，并没有真正意义上的“监控 系统”。对储罐计量，最初只是靠有体会的工人利用检尺通过对各储罐的液位高度进行测量 (即通常所讲的“人工检尺”)的方法来对储罐进行监视。该方法原始而又繁琐，人为因素阻 碍大，精度低。为了提高对储罐参数测量的精度以及爱护工人的躯体健康，减轻工人的劳动 强度，一些发达国家从八十年代开始，就借助于微电子、运算机、光纤、超声波、传感器等 高科技的迅猛进展，将各种新技术、新方法应用到储罐计量领域，使
8、储罐自动计量出现出集 功能、精度、现场一体化的新局面。到了90年代初，各罐区储罐上差不多都装备了能够对 液位进行自动测量的外表。该外表一样由一次外表和二次外表两部分组成。位于现场的一次 外表采集各储罐的液位参数并通过统一的模拟信号如4-20mA的直流电流信号或某种专用的 通讯协议送往集中操纵室的二次外表。现在操作人员就能够坐在操纵室里通过二次外表纵观 各储罐的状况了。但通过这些二次外表仅仅能够对储罐参数进行“监视”而无法实施操纵， 因此具体的操纵工作仍需人工进行。随着生产规模的不断扩大，罐区的规模也越来越大，液体化工原料、中间体和制品的种 类也不断增加。对罐区的治理也提出了越来越高的要来，而由
9、操作人员对罐区储罐、管道及 码头的过程数据的定时巡检记录、汇总、分析明显越来越显示出其在实时性、准确性、合理 性方面的不足。因此治理人员的责任和压力也不断增加。随着运算机技术的不断进展，可靠 性的不断提高，以及价格的大幅度降低，运算机在工业中的应用越来越普及。可编程操纵器 (PLC )以及由多台运算机递阶构成的集中与分散相结合的集散操纵系统 DCS (Distributed Con trol Sys term)被广泛地应用到各行各业。因此，近年来人们开始尝试使用运算机构成监 控系统来对罐区进行综合的治理。有关资料显示，在发达国家中罐区监控系统已普遍使用了 DCS。在罐区DCS监控系统中， 罐区
10、现场的外表将温度、液位、压力等参数转换成统一的模拟量信号，点对点地送往操纵室 可编程操纵器。然而罐区突出的特点是:系统地理分布广泛、操纵分散、范畴大，因此假如 系统结构采纳点对点连接方式时，就需要用到比一样装置多得多的电缆、接线端子及桥架等 附件，系统施工时要耗费大量的人力，且专门难保证连接的可靠性，为数众多的连接点及故 障诊断的困难也给日后系统的检修及爱护带来专门大的不便。同时长距离的信号传输使信号 的精度大大降低。为了解决这些问题，国内外的一些专家、学者正在努力将近年来进展专门快的现场总线 技术应用到罐区的治理中来。现场总线是近年来迅速进展起来的一种数据总线，它要紧用于 现场的智能化仪器外
11、表，操纵器、执行机构、I/ 0模块等现场设备间的信息传递。智能外 表和装置之间采纳现场总线技术进行数字通信，而不再用模拟信号通过电线、电缆进行互连， 使信号传递方式发生了全然性变化。从而将大大节约电线、电缆数量，使信号传递更加可靠、 经济，各个外表及装置的互连更加方便灵活。现场总线技术的进展和成熟，将使目前常见的 分散操纵系统面临强大冲击。采纳现场总线技术构成的分散操纵系统，功能将更加分散，系 统构成将更加灵活，系统可靠性将大大提高。然而，目前在罐区领域中，由于罐区环境带有 潜在爆炸危险，其应用确信会遇到有别于其它环境的问题，因此，现场总线在罐区应用的实 例还不多见。1. 2研究的目的和意义以
12、宁波港液体化工区镇海港区为例,地处，始建于1985年，现有各类储罐180余台，总 容量近70万立方米，拥有1000吨级至5万吨级的各类液化专用泊位9座，已接卸苯、醇、 酸、烃等10大类80多个品种的液化品。2005年，镇海港区的液化吞吐量达350万吨，液 化品吞吐量已连续10年保持全国第一，是我国最大的进口液化品中转基地。目前，宁波港液体化工区内各罐区的自动化治理水平普遍专门低，通常采纳常规外表进 行现场监控，罐区、管道及码头的过程数据由操作人员定时巡检记录，人工汇总分析，自动 化程度低且容易产生错误。近年来，随着宁波港化工业务量的不断扩大，液体化工品种的增 加，以及罐区规模、储罐数量的增加，
13、对化工区储存、装卸、治理提出了越来越高的要求， 专门对罐区的自动化治理水平提出了更高的要求。另一方面，随着自动化操纵理论水平、运 算机应用技术与通讯技术不断提高，以及工业运算机监控系统在工业生产过程中的成功应 用，为宁波港液体化工区监控系统的建立提供了技术保证。当前，对宁波港液体化工区监控 系统进行改造和升级己迫在眉睫，通过本课题研究，能够为镇海港埠正在实施的“化工区监 控系统”技改项目提供详细的设计依据和指导。新型远程I/O的显现为解决罐区监控系统硬件结构方面目前面临的难题带来了期望，然 而该产品刚刚问世不久，还缺乏可借鉴的实际应用的体会。因此，通过本报告的研究将其应 用到实际的罐区监控系统
14、中去，一方面更好地解决实际中的问题，另一方面建设完成必将关 于提高宁波港液体化工区自动化治理水平，降低工人劳动强度，改善工人工作条件，幸免事 故发生，减少系统改造初期投资，以及减少今后运行费用等方面具有十分重要的意义。1. 3国内外相关技术及其进展随着运算机技术的快速进展，运算机广泛地应用到工业操纵的各个领域。它的引入大大 提高了工厂自动化水平，改善了自动化治理水平。运算机操纵技术是自动化技术和运算机技 术两个学科相结合的产物，它是工业自动化的重要支柱。运算机操纵技术的广泛应用，促进 了生产的柔性化和集成化，提高了工厂装备的技术水平，节约了能源，降低了消耗，提高了 产品质量，提高了劳动生产率和
15、产品的国际竞争能力，降低了环境污染，改善了劳动条件， 保证了生产安全可靠，改善了企业的治理方式，建立了适应现代市场经济的企业内、外部治 理机制，从而提高了企业经济效益，促进了社会和经济的进展。近年来，自动化外表及装置的进展有着数字化、智能化、模块化、高精度化和小型轻量 化的特点，显现了分散型操纵系统(DCS)、总线式工控机、可编程操纵器(PLC)和调剂器、智 能变送器和新一代现场总线式智能外表等。其中，智能化是自控装置进展的最重要特点，而 现场总线(Fieldbus)技术，使自控装置间信号传递，由模拟量变为编码的数字量，实现了信 号传递的一次革命。微电子技术的进展，使得各种体积小、功能强、速度
16、快的微处理器不断涌现。而自控装 置的智能化，确实是以微处理器为核心来研制构成各种智能外表、I/O模块、模板，智能外 设和其他智能操纵装置。微处理器的加入，使得各种操纵设备具有数学运算、逻辑判定、信 息存贮等智能，极大地提高了设备的功能，提高了可靠性，简化了电路、降低了成本，使操 纵设备发生了一次“质”的飞跃。智能操纵装置有可编程、可经历、数学运算及丰富的数据 处理能力和数字通信功能等显著特点。与常规操纵装置相比，智能操纵装置具有测量精度高、 能够自动校准、具有自动修正误差和自诊断(自检)能力，承诺灵活地改变功能，能够实现高 级操纵，能够通过数字通信构成复杂操纵系统等优点。因此，研制和应用智能外表及装置已 成为当前自
