基于PLC的油庫消防控制系統(tǒng)優(yōu)化

劉曉之，文信劍，楊舒，吳政嫄，孫鐵男，馬賽麟

（1.中國民航大學(xué)，天津300300）

(2.中國航空油料有限責(zé)任公司天津分公司，天津415400)(3.中國石油集團(tuán)測(cè)井有限公司天津分公司,天津 300280）

引言

石油儲(chǔ)存罐具有易燃易爆腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn)，且往往在同一儲(chǔ)罐區(qū)域內(nèi)，發(fā)生火災(zāi)不易撲救，容易造成重大財(cái)產(chǎn)和人員傷亡[1]。采用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)消防水泵自動(dòng)控制，大大減少了消防值班人員對(duì)消防水泵的手動(dòng)控制，能更加及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)險(xiǎn)情[2]。

當(dāng)前大部分油庫消防系統(tǒng)的消防泵組、電動(dòng)閥門等只能就地控制，沒有故障報(bào)警及數(shù)據(jù)記錄，不能聯(lián)動(dòng)控制，自控室不能監(jiān)視消防系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)、消防水罐液位等數(shù)據(jù)。本文將通過設(shè)計(jì)一套消防自控系統(tǒng)，使得消防管線閥門可以遠(yuǎn)程控制開關(guān)、消防泵組可以遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止，遠(yuǎn)程監(jiān)視儀表數(shù)據(jù)，如液位等。可以在供油自控室監(jiān)視消防工藝系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)、可以實(shí)現(xiàn)泵組與閥門的聯(lián)動(dòng)控制。

1 消防控制系統(tǒng)要求

油庫消防系統(tǒng)需要能在罐區(qū)內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，并且當(dāng)火情較小時(shí)，值班人員能夠通過一鍵控制及時(shí)處理，盡快消除災(zāi)情。完整的消防控制系統(tǒng)應(yīng)該包括消防監(jiān)測(cè)與報(bào)警裝置、閥門和泵的聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、消防水罐補(bǔ)水系統(tǒng)等。

1.1 消防檢測(cè)與報(bào)警裝置

消防監(jiān)測(cè)與報(bào)警裝置是消防系統(tǒng)的眼睛，一旦監(jiān)測(cè)到有災(zāi)情或是有發(fā)生的可能性，立即向自控室報(bào)警。在接到火災(zāi)報(bào)警，經(jīng)人工確認(rèn)后，可在消防值班室開啟相應(yīng)的消防控制閥和消防水泵進(jìn)行滅火。它主要包括火焰探測(cè)器、溫度探測(cè)器、可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)器。

1.2 閥門和泵的聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)

聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過一個(gè)聯(lián)動(dòng)按鈕縮短啟泵及開閥時(shí)間，為消防系統(tǒng)盡快投入作業(yè)贏得寶貴時(shí)間，同時(shí)可以提高開閥準(zhǔn)確性并且減少誤操作。通過程序聯(lián)動(dòng)不僅能開啟需要的閥門還能確保不該打開的閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，節(jié)省寶貴的消防水源。該系統(tǒng)控制流程圖如圖1所示。

圖1 聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)流程

1.3 消防水罐補(bǔ)水系統(tǒng)

消防水罐補(bǔ)水系統(tǒng)主要由消防水池、液位檢測(cè)計(jì)、水池供水泵以及電動(dòng)閥組成。消防水池上安裝有液位計(jì)，自動(dòng)檢測(cè)消防水池水位，水位下降至設(shè)定的低水位時(shí)，液位檢測(cè)計(jì)自動(dòng)向水泵發(fā)出指令，啟動(dòng)水池供水泵向水池供水；當(dāng)水位上升至設(shè)定高液位時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉供水泵，停止補(bǔ)水。

2 消防控制系統(tǒng)工作原理

當(dāng)前大部分的油庫消防系統(tǒng)的配置如圖2所示。根據(jù)圖1的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，圖2中的1號(hào)油罐和2號(hào)油罐利用外界的自來水管網(wǎng)可以自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)水，它相對(duì)消防滅火系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)不予考慮；其中1、2、3號(hào)閥是進(jìn)水閥，需要保持常開，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)使4號(hào)和6號(hào)閥門以及5號(hào)和7號(hào)閥門實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，從8號(hào)閥門出來的水需要與右邊的兩個(gè)泡沫罐里面的泡沫進(jìn)行混合之后，經(jīng)過管道傳送到對(duì)應(yīng)的油罐內(nèi)，最后實(shí)現(xiàn)滅火。為了應(yīng)對(duì)突發(fā)的火災(zāi)及時(shí)進(jìn)行滅火來降低損失，我們需要通過一鍵啟動(dòng)4、5、6、7號(hào)閥，減少開閥的時(shí)間，然后再啟動(dòng)水泵出水，爭(zhēng)取在火災(zāi)初期把火情控制住。

圖2 消防系統(tǒng)具體配置

2.1 消防系統(tǒng)閥門控制

啟動(dòng)一個(gè)按鈕使四個(gè)閥門按時(shí)間依次開啟，中途按停止按鈕，四個(gè)閥門立即關(guān)閉。圖3是四個(gè)閥門依次順序開啟的PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖，其中I/O口分配如表1所示。

圖3 閥門控制PLC外部接線

表1閥門I/O口分配說明

2.2 消防系統(tǒng)啟泵控制

用一個(gè)按鈕控制兩臺(tái)水泵依次順序啟動(dòng)，可以通過按下按鈕SB1，使第一臺(tái)水泵M1啟動(dòng)，松開按鈕SB1，使第二臺(tái)水泵M2啟動(dòng)，再按停止按鈕SB2，兩臺(tái)水泵都停止工作。因?yàn)橄浪檬?0KV供電的高壓水泵，此設(shè)計(jì)可以防止兩臺(tái)水泵同時(shí)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成不良影響。上述消防水泵控制原理如圖4所示。

圖4 一個(gè)按鈕控制兩臺(tái)水泵順序啟動(dòng)

由此可以得到如圖5所示的控制一個(gè)按鈕順序啟動(dòng)的PLC外部接線圖。根據(jù)控制要求，其I/O端口分配情況如表2所示。

圖5 控制水泵順序啟動(dòng)PLC外部接線

表2 水泵I/O口分配說明

2.3 控制系統(tǒng)硬件配置

硬件設(shè)備分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，控制室配有1臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）來完消防工藝控制、成數(shù)據(jù)的處理、顯示、存儲(chǔ)、管理以及報(bào)警、報(bào)表等功能。上位機(jī)上運(yùn)行控制軟件，可使該控制系統(tǒng)直接通過以太網(wǎng)接入上一層的管理網(wǎng)，在控制中心也預(yù)留與管理網(wǎng)之間的通信接口以及與其它自控系統(tǒng)的接口。

下位機(jī)則采用S7-315DP/IN系列PLC控制器。其中I/O模塊配置如下：模擬量輸入模塊（AI）為8路，數(shù)字量輸入、輸出模塊（DI/DO）為32路[3]。

3 消防控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)

利用西門子PLC模塊自主編程實(shí)現(xiàn)該控制，將程序設(shè)計(jì)簡單化、程序化，有利于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。把消防閥門和消防泵組引入PLC進(jìn)行連鎖控制，通過輸入、輸出模塊由下位機(jī)傳輸至控制室的上位機(jī)，值班人員可以在監(jiān)控室內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視[4]。

一個(gè)按鈕控制四個(gè)閥門順序啟動(dòng)的PLC控制梯形圖如圖6所示，其中PT的輸入可以根據(jù)實(shí)際情況來確定間隔多少時(shí)間來依次開啟閥門。同時(shí)，一個(gè)按鈕控制兩臺(tái)水泵順序啟動(dòng)的PLC控制梯形圖如圖7所示。

圖6 閥門PLC控制梯形圖

圖7 啟泵PLC控制梯形圖

經(jīng)過對(duì)基于一鍵啟動(dòng)的油庫消防系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，可以將該系統(tǒng)的性能與普通油庫消防系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較，如表3所示。

表3 基于一鍵啟動(dòng)消防系統(tǒng)與普通油庫消防系統(tǒng)性能比較

4 總結(jié)

針對(duì)目前燃油公司采用的消防系統(tǒng)的不足之處，為減少發(fā)生火情時(shí)人工開啟消防設(shè)備所消耗的時(shí)間，本文提出了采用優(yōu)化PLC程序進(jìn)行一鍵啟動(dòng)同時(shí)控制不同閥門和水泵這一方案，針對(duì)一鍵啟動(dòng)控制方式所需要的架構(gòu)對(duì)PLC程序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前該系統(tǒng)已完成安裝調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期效果。該系統(tǒng)的優(yōu)化減少了因人工開啟閥門所消耗的時(shí)間，有效地優(yōu)化了閥門和水泵及時(shí)啟動(dòng)和工作。