油氣站庫可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測與報警系統(tǒng)設(shè)計

郭福田 劉心紅

東北石油大學(xué)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(shù)管理水平的一項重要綜合指標(biāo)。油氣站庫儲存的油氣具有易燃、易爆、易揮發(fā)等特點，存在一定的安全風(fēng)險，確保安全是油氣生產(chǎn)的關(guān)鍵，因此深化安全技術(shù)管理工作非常重要［1］。

目前可燃?xì)怏w監(jiān)測與報警主要基于單點或多點式可燃?xì)怏w檢測報警儀表對可燃?xì)怏w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(nèi)報警，報警范圍有限。隨著計算機及通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，利用計算機通信將可燃?xì)怏w監(jiān)測由分散、獨立監(jiān)視報警集成為集中遠(yuǎn)程監(jiān)測與報警系統(tǒng)，由計算機實時采集并處理重點部位的可燃?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了計算機集中信息處理與網(wǎng)絡(luò)化信息管理。該基礎(chǔ)建設(shè)是實現(xiàn)油庫數(shù)字化的基礎(chǔ)［2］，也是“數(shù)字油田”的支撐技術(shù)［3］，將為油田優(yōu)化運營和科學(xué)調(diào)度提供支持［4］。

根據(jù)油氣站庫安全集中監(jiān)控的要求，可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測與報警系統(tǒng)采用了分布式模塊化設(shè)計。利用組態(tài)軟件與ADAM 4017模塊通信協(xié)議的可燃?xì)怏w監(jiān)測報警器（簡稱報警器）兩者之間的遠(yuǎn)程通信，實現(xiàn)了可燃?xì)怏w濃度遠(yuǎn)程監(jiān)測，當(dāng)濃度超限時中心監(jiān)控室計算機屏幕上對應(yīng)圖標(biāo)閃爍并語音報警。

1 設(shè)計要求

根據(jù)油氣站庫安全集中監(jiān)控的要求，首先分析油氣站庫內(nèi)危險源的種類和分布情況，研究確定可燃?xì)怏w的監(jiān)測區(qū)域，設(shè)置可燃?xì)怏w傳感器采樣點。其次現(xiàn)場值班室設(shè)置報警器，中心控制室采用先進的計算機遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)，監(jiān)測現(xiàn)場報警器采集的可燃?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)。

可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測與報警系統(tǒng)采用了分布式模塊化設(shè)計，在中心控制室設(shè)集中監(jiān)測計算機，在各檢測點值班室設(shè)置報警器，由RS-485總線相連，形成兩級分布式報警檢測網(wǎng)絡(luò)。中心控制室可實時查看各檢測點可燃?xì)怏w濃度值及報警狀態(tài)，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(yīng)處指示燈閃爍，報警器語音提示報警位置，如出現(xiàn)災(zāi)情，兩級值班人員能同時處理。兩級報警安全監(jiān)控防線，確保了油氣站庫的生產(chǎn)安全。

設(shè)置可燃?xì)怏w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(jiān)測目標(biāo)，對泵房、閥組間、計量間等可能存在可燃?xì)怏w泄漏和積存的爆炸危險場合進行可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測。

實現(xiàn)油氣站庫數(shù)字化及油田數(shù)字化，需要將監(jiān)測主機與油田企業(yè)網(wǎng)相連，經(jīng)授權(quán)的上級主管單位或調(diào)度室可隨時查看該項目報警監(jiān)測數(shù)據(jù)。

除對可燃?xì)怏w實時監(jiān)測之外，油氣站庫一些關(guān)鍵地方需要人工定時巡檢，并設(shè)置人工巡檢按鍵，人工巡檢時，按下按鍵，監(jiān)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(shè)計

可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測與報警系統(tǒng)見圖1。

圖1 可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測與報警系統(tǒng)

現(xiàn)場可燃?xì)怏w監(jiān)測由5臺報警器組成。報警器是由以單片機為核心構(gòu)成的智能控制單元，各有地址編號，可按需設(shè)定。它們通過接口連入RS-485總線，作為從機響應(yīng)監(jiān)測主機的命令。主機發(fā)送采集數(shù)據(jù)命令，報警器按命令將各自的數(shù)據(jù)送往主機進行處理。根據(jù)油氣站庫的實際情況，在原油穩(wěn)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(jiān)測多個檢測點處的可燃?xì)怏w濃度，若某處濃度超限，則圖標(biāo)閃爍并語音報警，同時數(shù)據(jù)將實時傳給遠(yuǎn)程監(jiān)控主機。

每臺報警器連接4～8個點型紅外型可燃?xì)怏w傳感器，這些傳感器安裝在可能存在油氣泄漏和可燃?xì)怏w積存的地方，通過紅外線光源的吸收原理來檢測現(xiàn)場環(huán)境的碳?xì)漕惪扇細(xì)怏w，可長期穩(wěn)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(shù)字量輸入模塊，燃?xì)獗O(jiān)測主機在固定的時間段對人工巡檢模塊進行檢測，當(dāng)值班人員按下按鍵時燃?xì)獗O(jiān)測主機記錄其按鍵時間，并匯總統(tǒng)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(yè)現(xiàn)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(shù)字量，其抗干擾能力強，可遠(yuǎn)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(yuǎn)［6］）。工業(yè)現(xiàn)場存在各種干擾，為防止電磁干擾對設(shè)備的損害，設(shè)備與總線相連時均采用了光電隔離的方法。燃?xì)獗O(jiān)測主機采用光電隔離RS-232轉(zhuǎn)RS-485通信模塊ADAM 4520與總線相連?，F(xiàn)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?xì)獗O(jiān)測主機采用工業(yè)控制計算機，用于監(jiān)測現(xiàn)場人工巡檢模塊的按鍵狀態(tài)及報警器采集的可燃?xì)怏w濃度、報警點位置；顯示各個監(jiān)測點的濃度，并存儲報警數(shù)據(jù)，便于查詢、打印報警數(shù)據(jù)；當(dāng)某處可燃?xì)怏w濃度超限時對應(yīng)圖標(biāo)閃爍并語音報警。

3 軟件設(shè)計

燃?xì)獗O(jiān)測主機上軟件采用組態(tài)軟件組態(tài)王，實現(xiàn)動畫效果、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?，另外提供了智能模塊的驅(qū)動程序，便于與數(shù)據(jù)采集模塊接口，快捷地構(gòu)建數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。

下位機采用ADAM 4052開關(guān)量輸入模塊和自主研發(fā)的以單片機為核心的可燃?xì)怏w監(jiān)測報警器。由于組態(tài)王配有ADAM 4000系列模塊的驅(qū)動程序，可方便地與ADAM 4052模塊進行通信?？紤]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(xié)議，使組態(tài)軟件用ADAM 4017模塊的控制命令與報警器通信，方便地實現(xiàn)了組態(tài)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(shù)配置命令、模塊參數(shù)標(biāo)定命令、讀模塊數(shù)據(jù)命令、報警狀態(tài)命令等等。這些命令全部實現(xiàn)將增加自主儀器設(shè)計難度，通過對ADAM 4017模塊與組態(tài)王通信過程分析，確定要實現(xiàn)組態(tài)軟件與ADAM 4017模塊通信最少需要實現(xiàn)2種命令：一種是$AAM，讀模塊名稱命令，組態(tài)軟件內(nèi)部使用此命令確認(rèn)模塊運行是否正常；另一種是#AAN，N=1…8，讀取一路模擬量數(shù)據(jù)的命令。該系統(tǒng)采用該方法成功地實現(xiàn)了組態(tài)王與報警器的通信。

可燃?xì)怏w檢測報警軟件實現(xiàn)了報警數(shù)據(jù)及狀態(tài)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(rèn)；檢測點圖像顯示；報警數(shù)據(jù)存儲，歷史記錄保存；歷史報警記錄查詢、打??；人工巡檢數(shù)據(jù)查詢、打印等功能。

隨著油田企業(yè)網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展，油田生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)都要納入到油田企業(yè)網(wǎng)中?？扇?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測與報警系統(tǒng)與油田企業(yè)網(wǎng)相連，在監(jiān)測報警主機上啟用遠(yuǎn)程控制服務(wù)器軟件，設(shè)置相關(guān)安全權(quán)限，包括文件傳輸權(quán)限、查看權(quán)限、控制權(quán)限等。在油田企業(yè)網(wǎng)的任一計算機上，啟用遠(yuǎn)程控制客戶端軟件，使用授權(quán)的用戶名和密碼，就可獲得可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測與報警系統(tǒng)的控制權(quán)。通過油田企業(yè)網(wǎng)，上級主管單位或調(diào)度室可隨時查看項目運行情況，必要時可通過網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的運行。

4 結(jié)論

油氣站庫的安全包括可燃?xì)怏w監(jiān)測和工業(yè)監(jiān)視兩部分，工業(yè)監(jiān)視可監(jiān)視油罐冒頂、漏油、盜油、著火等；可燃?xì)怏w監(jiān)測報警可與工業(yè)監(jiān)視相結(jié)合，當(dāng)某處可燃?xì)怏w濃度過高時，直接由計算機控制工業(yè)監(jiān)視畫面切換到該處，檢測是否出現(xiàn)油罐冒頂、漏油、盜油、著火等事故。本文主要介紹了罐區(qū)可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測與報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了組態(tài)軟件與自主研發(fā)的可燃?xì)怏w監(jiān)測報警器通信，并與油田企業(yè)網(wǎng)相連，實現(xiàn)了油氣站庫安全信息數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化管理。油氣站庫可燃?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測與報警系統(tǒng)在某油田實施后，經(jīng)過多年運行，有效預(yù)防了漏油、火災(zāi)等意外事故及人為破壞等事件的發(fā)生，對安全生產(chǎn)管理現(xiàn)代化起到了促進作用，并可與工業(yè)監(jiān)視系統(tǒng)相結(jié)合，防患于未然?？扇?xì)怏w遠(yuǎn)程監(jiān)測與報警系統(tǒng)中采用的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)、自主儀器與組態(tài)軟件通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，對油田新建油庫或原油庫改造具有一定的參考價值。

［1］趙曉剛，李曉林，楊建立，等.油庫作業(yè)場所火災(zāi)危險度的綜合評估系統(tǒng)［J］.石油工程建設(shè)，2002，28（6）：9-11.Zhao Xiaogang，LiXiaolin，Yang Jianli， etal.SynthesisEvaluation System of Fire Hazard Degree for O il Storage W orking Area［J］.Petroleum Engineering Construction， 2002，28（6）：9-11.

［2］黃 坤，宋歡歡，劉 蘇，等.數(shù)字化油庫建設(shè)探討［J］.天然氣與石油，2012，30（1）：1-4.Huang Kun，Song Huanhuan，Liu Su， et al.Discussion on Digitalized O il Depot Construction ［J］.Natural Gas and Oil，2012，30（1）：1-4.

［3］田軍慶，高 輝.淺談“數(shù)字油田”的建立［J］.油氣田地面工程，2002，21（4）：133-134.Tian Junqing，Gao Hui.Discussion on Building of Digital Oilfield［J］.Oil-Gasfield Surface Engineering，2002，21（4）：133-134.

［4］劉 兵，余忠仁，楊 茂.數(shù)字氣田建設(shè)總體規(guī)劃及實施［J］.天然氣與石油，2010，28（3）：10-14.Liu Bing，Yu Zhongren，Yang Mao.Overall Planning and Implementation of Digital Gas Field Technology Development［J］.NaturalGasand O il， 2010，28（3）：10-14.

［5］孫 慧，任曉峰，孫志鵬，等.原油儲備庫消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的沒計［J］.油氣田地面工程，2012，30（1）：36-37.Sun Hui，Ren Xiaofeng，Sun Zhipeng， etal.Design of Fire Security Monitoring System in Oil Strategic Reserves ［J］.Oil-Gasfield Surface Engineering， 2012，30（1）：36-37.

［6］陳壽法.半雙工RS-485通訊中繼器的設(shè)計［J］.電氣自動化，1999，21（6）：45-46.Chen Shoufa.Design of Half-Duplex for RS-485 Communication Repeater ［J］.Electrical Automation，1999，21（6）：45-46.