機(jī)坪輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計分析

吳治安++張禹龍

摘 要：民用機(jī)場機(jī)坪輸油管道是給飛機(jī)加油的大動脈，在飛機(jī)加油保障中，起著保駕護(hù)航的關(guān)鍵作用。本文從機(jī)坪輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)、RTU數(shù)據(jù)采集、ESD緊急關(guān)閉、陰極保護(hù)、監(jiān)控閥井、通信組網(wǎng)六部分，從硬件設(shè)施、通信與控制方式等方面提出設(shè)計解決方案，旨在提高機(jī)坪輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，降低航油供油保障壓力，提出系統(tǒng)設(shè)計合理化建議。

關(guān)鍵詞：機(jī)坪輸油管道；RTU；ESD；陰保；壓力；水位；組網(wǎng)

中圖分類號：TP277.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）18-0023-02

機(jī)坪輸油管道作為航煤輸送鏈上的關(guān)鍵一環(huán)，是給飛機(jī)加油的最后一道關(guān)卡，承擔(dān)著保障航油供應(yīng)，保證生產(chǎn)，減少操作人員勞動強(qiáng)度，提高行業(yè)管理水平以及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要任務(wù)，其經(jīng)濟(jì)性和重要性不言而喻。

機(jī)坪輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)包括機(jī)坪內(nèi)RTU數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，ESD緊急關(guān)閉系統(tǒng)、管道陰極保護(hù)監(jiān)控、閥井內(nèi)輸油管線壓力監(jiān)控，管線分支段電動閥的控制及監(jiān)控閥井內(nèi)的水位監(jiān)測等。控制中心設(shè)在航空加油站調(diào)度室。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計遵循“先進(jìn)性、開放性、擴(kuò)充性、可靠性、實用性、安全性、可維護(hù)性、經(jīng)濟(jì)性”八大設(shè)計原則。

1 監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

在航空加油站調(diào)度室內(nèi)設(shè)一套機(jī)坪管道監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分主要包括調(diào)度室內(nèi)PLC、現(xiàn)場RTU、通訊網(wǎng)絡(luò)、上位計算機(jī)等，軟件部分包括PLC下位程序、上位監(jiān)控軟件等?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)由以下三個層次組成：

基礎(chǔ)層主要是現(xiàn)場儀表和設(shè)備；

采集處理層主要是PLC、RTU可編程控制器；

表現(xiàn)層主要是監(jiān)控界面；

以上三個層次通過其相應(yīng)的線纜和通訊協(xié)議連接成為一個完整的控制系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)功能

實現(xiàn)緊急停車功能；

實時監(jiān)測電動閥開、關(guān)、異常報警、閥位信號；

實時監(jiān)測陰保系統(tǒng)的測試樁信號?？赏ㄟ^系統(tǒng)采集的測試樁信號對機(jī)坪現(xiàn)場的恒電位儀進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試；

實時監(jiān)測管線壓力；

實時監(jiān)測閥井水位；

實現(xiàn)設(shè)備異常報警；

實現(xiàn)故障自診斷功能，在系統(tǒng)運行過程中故障診斷軟件不斷地監(jiān)視系統(tǒng)運行的狀態(tài)；

實現(xiàn)各參數(shù)動態(tài)顯示及數(shù)據(jù)庫、報表的生成；

實現(xiàn)報警參數(shù)、顯示參數(shù)、生產(chǎn)報表的打印；

機(jī)坪管線沖洗作業(yè)可通過對機(jī)坪管線內(nèi)電動閥的控制實現(xiàn)分區(qū)沖洗。

1.3 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件主要有操作系統(tǒng)軟件、人機(jī)界面編程軟件、可編程序控制器編程軟件。應(yīng)用軟件主要有管線監(jiān)控軟件、測漏系統(tǒng)接口軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等。

1.4 系統(tǒng)硬件

在航空加油站機(jī)柜間內(nèi)設(shè)一面PLC柜，在調(diào)度室設(shè)兩臺監(jiān)控計算機(jī)互為備用，設(shè)一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器作為系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的管理。

在現(xiàn)場控制箱內(nèi)設(shè)RTU模塊、電源模塊及防雷模塊。

所選用PLC及RTU應(yīng)具有高可靠性、擴(kuò)展性好、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、易維護(hù)等要求?？删幊踢壿嬁刂破鞯妮斎胼敵瞿K屬于帶電插拔式，當(dāng)一個輸入或輸出回路出現(xiàn)故障，可以帶電插拔進(jìn)行檢修，而不影響控制系統(tǒng)的正常運行。同時按I/O信號類型分別考慮20%的擴(kuò)展余量進(jìn)行配置。

PLC系統(tǒng)應(yīng)有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和存儲的功能，可將各種儲運生產(chǎn)參數(shù)、報警事件等數(shù)據(jù)按需要存入硬盤，并可隨意調(diào)用；PLC系統(tǒng)采用冗余配置方式，當(dāng)主控制器出現(xiàn)故障時，主控制器通過指示燈的方式給出故障出錯信息，同時備用的控制器自動接替主控制器的工作。整個PLC系統(tǒng)的切換時間為1個掃描周期。同時上位監(jiān)控系統(tǒng)自動切換到備用的控制器上進(jìn)行通訊。

RTU應(yīng)能滿足儲運生產(chǎn)各種過程變量檢測的需要。如RTU安裝在機(jī)坪閥井內(nèi)，屬于防爆場合，必須提供有國家防爆機(jī)構(gòu)認(rèn)可的防爆產(chǎn)品合格證。

系統(tǒng)涉及加裝防雷件的I/O信號界定為所有進(jìn)入控制系統(tǒng)PLC或RTU的輸入信號。

針對不同信號配置相應(yīng)的防雷器，選型如下：

230V交流電源防浪涌保護(hù)器用于UPS進(jìn)線電源的防雷保護(hù)。

24V直流電源防浪涌保護(hù)器用于系統(tǒng)24VDC的防雷保護(hù)。

模擬量防浪涌保護(hù)器用于進(jìn)入控制系統(tǒng)的4～20mA信號的防浪涌保護(hù)。

開關(guān)量防浪涌保護(hù)器用于進(jìn)入控制系統(tǒng)的電動閥和音叉開關(guān)信號的防浪涌保護(hù)。

2 RTU數(shù)據(jù)采集

在機(jī)坪飛行區(qū)內(nèi)按區(qū)域布置現(xiàn)場控制箱，RTU放置在控制箱內(nèi)，作為匯聚點?？刂葡渫ㄟ^多芯光纜將各系統(tǒng)分散信號遠(yuǎn)傳至航空加油站調(diào)度中心。RTU設(shè)置電源模塊、PLC模塊、通信模塊和I/O模塊，通信協(xié)議為以太網(wǎng)。

RTU數(shù)據(jù)采集信號包括ESD緊急關(guān)閉按鈕的開關(guān)量信號，陰極保護(hù)站的輸出電壓、輸出電流、管/地電位4～20mA信號，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開閥、關(guān)閥、開到位、關(guān)到位、就地/遠(yuǎn)控、綜合故障、自診斷，壓力變送器的4～20mA信號，音叉開關(guān)的開關(guān)量信號等。

3 ESD緊急關(guān)閉

根據(jù)《民用運輸機(jī)場供油工程設(shè)計規(guī)范》（MH5008-2017）的規(guī)定，在需要管線加油的停機(jī)坪上設(shè)置急停按鈕。設(shè)置急停按鈕的目的是：

在加油過程中一旦出現(xiàn)異常情況，加油員在現(xiàn)場就地緊急關(guān)閥或停泵，使事故盡可能降低到最小程度，最大限度的減少損失。ESD系統(tǒng)在檢測到危險的狀態(tài)下啟動，關(guān)停相應(yīng)設(shè)備，以防止設(shè)備和工藝生產(chǎn)進(jìn)入非安全狀態(tài)。

急停按鈕設(shè)置方式為近機(jī)位及復(fù)合機(jī)位按一個機(jī)位設(shè)置一個，遠(yuǎn)機(jī)位等其他機(jī)位按多個機(jī)位設(shè)置一個。按鈕設(shè)置位置在機(jī)坪配電亭附近，與鄰近的配電亭及高桿燈共用接地裝置。為防止車輛碰撞，在按鈕旁設(shè)置防撞護(hù)欄，并設(shè)置警示牌防止人員誤操作。

急?？刂瓢粹o通過多芯控制電纜接入就近現(xiàn)場設(shè)備箱內(nèi)RTU模塊，通過光纜將急停信號接入第一航空加油站的急停PLC系統(tǒng)，急停信號在此實現(xiàn)分區(qū)分級報警及停泵操作。在某個區(qū)域出現(xiàn)異常報警時，能對該區(qū)域的供油系統(tǒng)實現(xiàn)區(qū)域關(guān)閉控制，或直接關(guān)閉工作加油泵。

ESD報警信號采用硬布線和總線兩種方式進(jìn)行傳送。硬布線方式布置為6—7個報警按鈕為一組，并設(shè)自鎖功能。ESD系統(tǒng)報警信號接入航空加油站、機(jī)場油庫自控系統(tǒng)。

控制電纜盡量利用機(jī)坪照明管網(wǎng)及機(jī)場通信管網(wǎng)預(yù)留的保護(hù)管敷設(shè)，局部與油管同路由間距1m直埋敷設(shè)，過硬質(zhì)道面或與其它管線相交處均需穿保護(hù)管保護(hù)。

4 陰極保護(hù)

機(jī)坪加油管線陰極保護(hù)系統(tǒng)主要包括：恒電位儀、深井陽極地床、陽極接線箱、陽極電纜、陰極電纜、零位接陰電纜及參比電極。機(jī)坪加油管線外防腐采用3PE防腐層，外加強(qiáng)制電流保護(hù)，機(jī)坪上設(shè)置陰極保護(hù)站，主要信號遠(yuǎn)傳設(shè)備包括恒電位儀及電位采集樁。

將恒電位儀信號通過光纖接入機(jī)坪管線監(jiān)控系統(tǒng)PLC，電位采集樁信號就近接入就近現(xiàn)場控制箱內(nèi)RTU模塊。陰極保護(hù)站的輸出信號可為RS485、4～20mA或開關(guān)量信號。

5 監(jiān)控閥井

機(jī)坪設(shè)有電動閥的閥井內(nèi)設(shè)壓力變送器、水位監(jiān)測音叉開關(guān)。

壓力變送器、音叉液位開關(guān)及電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過多芯控制電纜接入就近現(xiàn)場設(shè)備箱內(nèi)RTU模塊，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源引自就近現(xiàn)場設(shè)備箱內(nèi)配電回路。

其中壓力變送器選用羅斯蒙特3051系列，水位監(jiān)測音叉開關(guān)選用2120系列。

6 通信組網(wǎng)

現(xiàn)有機(jī)坪通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)常見為星型組網(wǎng)、總線組網(wǎng)和環(huán)形組網(wǎng)?？紤]環(huán)形組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易，且可以采用自愈環(huán)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自動保護(hù)，穩(wěn)定性較高。本次機(jī)坪各RTU之間通過光纜連接，為提高通信組網(wǎng)的可靠性，選用環(huán)形組網(wǎng)模式。通信協(xié)議為工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。

飛行區(qū)內(nèi)光纜主要沿機(jī)坪照明管網(wǎng)、機(jī)場通信管網(wǎng)和機(jī)坪內(nèi)綜合管廊敷設(shè)，敷設(shè)管材主要采用多孔格珊。

7 結(jié)語

隨著十三五國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，民用機(jī)場旅客吞吐量和貨郵吞吐量的井噴，飛機(jī)加油量迅猛增長，航油保供壓力與日俱增，從全過程智能化控制和信息管理角度覆蓋航油接收、儲運、加注各環(huán)節(jié)功能業(yè)務(wù)，實現(xiàn)機(jī)坪管道系統(tǒng)的“集成化、控制智能化、管理數(shù)字化和信息桌面化”的總體目標(biāo)。

綜上所述，從安全、經(jīng)濟(jì)效益、可靠性、以人文本等角度，建議在今后設(shè)計機(jī)坪管道監(jiān)控系統(tǒng)時，考慮將分散的ESD緊急關(guān)閉系統(tǒng)、陰極保護(hù)系統(tǒng)、閥井的電動閥、壓力和水位監(jiān)測等集成化、智能化，提高其可靠性和穩(wěn)定性，節(jié)省投資，提升機(jī)坪監(jiān)控水平，提高航油運行的安全，保障航油供應(yīng)，實現(xiàn)安全高效、綠色環(huán)保，對今后機(jī)坪管道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計具有一定的參考和借鑒意義。