一、總體概述
    近年來，隨著我國經濟持續發展，近年來機場的日航班量不斷的增加及機場不斷的擴建，油料消耗量也隨之不斷增加，使得油料儲運作業次數越來越頻繁，單次作業油料收發量也越來越大。但長期以來，大部分機場油庫一直沿用著傳統的手工或半自動化的作業模式，自動化程度不高，人員勞動強度大，作業過程繁瑣，安全隱患比較突出。由于對作業設施設備、管路狀況及油罐液位情況無法進行實時監測和連鎖保護，檢測一旦作業前對油罐接收能力判斷不準、開錯管路閥門等誤操作或作業中設備意外損壞，很容易造成跑、冒油，漲壞管路、油罐等問題，甚至發生著火、爆炸事故。而實現機場油庫的儲運作業的自動化控制與信息化管理，不但是解決上述問題的有效途徑，更重要的是可以提高油庫科學管理水平，確保油庫安全，提高油庫的供應保障能力。

二、控制方案介紹
1、技術方案的設計原則
    針對機場目前的運行狀況，以機場油庫需求為牽引，在保證系統安全性并達到防爆要求的前提下，采用先進、可靠的技術與設備，高起點，高標準，實現油料收發、油罐監測、計量和管理自動化；將油罐自動化測量系統的實時數據納入油庫信息化管理平臺，建立一個開放的、統一標準的、自動化控制與信息化管理于一體的網絡系統，以滿足油庫信息化管理的要求。系統設計遵循以下基本原則：
1.1 技術先進
    借鑒國內外工業控制領域的成功經驗，采用先進、成熟的設計理念、控制技術與設備，確保系統的采集精度、傳輸精度、控制精度，解決機場油庫自動化控制難題。系統能夠反映當今國際自動控制領域的最新發展水平，在未來五年內應保持處于國內領先水平。
1.2 功能完善
    控制系統應充分運用優化設計、可靠性設計、維修性設計、價值工程等專業工程技術進行方案設計，與以往油庫自動化控制系統相比，在功能設計上應有較大提升。
1.3 規?？勺?/strong>
    注重國際標準、行業標準的使用。在保證系統技術先進性的同時，注重系統的模塊化、標準化設計，提高系統開放性和可擴展性。以滿足機場油庫使用和上級機關的要求為目的，堅持經濟實用的原則，確?？刂葡到y在今后的推廣中可根據不同油庫需求確定規模，避免重復投資。另外，可以針對不同規模的油庫，經過簡單的模塊化的“加減法”即可以實施不同規模的控制系統，避免以前的自動化系統所存在的重復設計、重復開發、互不兼容的問題。
1.4 安全可靠
    建立完善的安全機制，在結構設計和設備選型方面考慮系統的可靠性，保證系統長期安全穩定的運行。
1.5易于維護
    在保證系統功能的前提下，通過先進的計算機管理手段和優化的人機界面，確保系統的易于維護性，減少日常維護過程中的維護難度，并進而確保系統的正常運行和使用。
另外，在產品選型上選用國內外成熟的優質產品，保證系統后期維護過程中，尤其是在備品備件的采購過程中的實用性、經濟性及可替代性，確保產品質量及快速響應。
2、系統結構組成
    通常情況下，機場的油料庫組成，包括油料中轉庫，油料使用庫及機坪，如下圖。航空燃料油通過鐵路槽車或由煉油廠通過長輸管線輸送至中轉庫（一庫）進行儲存，再經由中轉庫泵房發送至使用庫（二庫），向機坪或機場加油站輸送油料的任務由使用庫完成。

3、控制系統網絡結構
    機場油料儲運自動化系統包括中轉庫監控管理系統、使用庫監控管理系統系統及停機坪緊急操作系統。各系統相距較遠，特別是中轉庫與使用庫之間，由于長輸管線的工藝特殊性，需要庫站實時通信，通信系統把中轉庫系統和使用庫系統以及機坪急停系統連成一體。根據現場環境和性價比原則可以選擇采用GPRS、DDN專線、數傳電臺等遠程通信方式。各系統即緊密結合，又相對獨立。另外，各占通過VPN專網與上級管理系統進行通訊，實時收集生產過程中數據，并作出相應的分析和處理。

                          系統框圖

    油庫監控管理系統采用國際上先進的PLC和組態軟件構成SCADA系統或DCS系統，分別采集油罐的液位、溫度、體積、油罐進出口閥門狀態及輸油管線的壓力、溫度、流量、差壓等現場儀表數據，控制油泵電機、電動閥門等現場執行機構，記錄系統運行過程中的重要數據，根據用戶需求自動生成多種樣式的報表及報告文檔。各油庫監控系統基本由以下三部分構成：
監控、組態計算機 
    由多臺工業計算機構成，采用工業控制監控軟件向操作人員顯示作業系統各部位設備狀態，提供交互式的視窗操作平臺，具有系統說明、系統組態、系統監控、流程校核、故障診斷等功能，操作簡單、維護方便。
PLC設備 
    主要包括控制主站和若干個分布式輸入/輸出站?？刂浦髡居梢粔K主控制器構成，通過工業以太網絡與監控站進行數據交互。用戶可以根據需要來選擇是否采用冗余PLC配置。
現場執行及傳感設備 
    包括電動閥門、變頻器、軟啟動器、液位、流量監測設備等終端作業設備。各設備通過硬接線或通訊的方式接入相關IO分站。

4、系統基本功能

4.1 儲罐狀態顯示：通過對儲罐液位、儲液溫度的檢測，及儲液密度錄入等參數的集中顯示，可使操作人員實時了解儲罐狀態。 
4.2 庫存量檢測計算功能：通過系統自動采集儲罐液位、溫度、密度等參數，結合儲罐容積表及不同介質計算方法，然后自動計算儲罐內的儲液重量、儲罐的輸轉量等管理需要的信息。 
4.3 安全限監測：通過對儲罐液位、溫度、可燃氣體濃度越限報警的監測，可有效的防止漏油、竄油、冒油及其它突發性事故的發生。對機泵的開啟與關閉、泵電流大小及機泵運行時間累計的監測，保證機泵安全運行。
4.4 流量檢測與累計：罐區一些需進行經濟核算或進行商務結算的輸轉量是通過質量流量計來進行計量，系統實現了對罐區所有質量流量計的集中顯示與累計，并生成報表。
4.5 報警事件信息顯示：集中顯示所有監測點的越限報警信息及故障報警，及時掌握現場及系統所有的報警信息。
4.6 數據趨勢圖及報表功能：可對罐液位、罐溫度、流量計的趨勢進行顯示。根據需要，實現了班報、日報、月報、流量計統計表的自動生成，并按要求打印報表，及時反映生產動態，取代了原人工抄表、計算、填寫報表。
4.7 自動卸油：當下達卸油作業指令，控制系統首先對來油體積進行計算，同時采集儲罐液位監測系統有關數據，進行接收能力判斷，選擇確定接收油罐，隨后以圖像形式生成卸油作業路徑，提供給操作人員進行流程校核，待操作人員選擇確認后，監控計算機將作業指令傳遞到PLC控制主站?？刂普緦⒔邮盏降目刂菩盘栂逻_給電動閥門、軟啟動器等現場執行設備，執行設備按控制信號進行操作，最終完成作業任務。
    整個作業過程中，監控計算機全程對作業相關信息進行自動記錄和管理；傳感設備實時檢測鐵路油罐車、儲油罐內油料液位情況，并將數據實時傳輸到PLC控制主站，PLC控制主站根據完全信息的特征，決定是否開啟（或關閉）閥門及油泵，以便自動完成油罐車（或油罐）的換罐作業或進行安全保護措施（聯鎖）。
4.8 自動恒壓供油控制：飛機加油時啟泵、并泵、停泵以及壓力的恒定控制完全由系統自動感知和執行，無須操作人員干預。變頻調節供油泵轉速使水擊對加油和系統的影響減至最小。當供油壓力一旦達到危險界限時，系統將自動開啟回流閥進行泄壓，保證供油過程的壓力穩定。
4.9 每個裝車臺設立裝車定量儀，可以實現遠程自動裝車及就地裝車。系統接收到裝車單據信息，并具備裝車條件后，按預定裝車量自動完成裝車作業。 裝車過程中系統實時監控閥位信號、裝車靜電檢測信號及裝車液位信號，當發生閥位故障、靜電超高或裝車液位超高等報警時，自動連鎖關閉裝車閥。保證安全準確的完成整個裝車過程。
4.10 實時收集生產過程中數據，對庫區實時進行消存動態分析，對物料進料、發料、庫存、業務結算等進行管理。

5、安全性和可靠性設計

方案設計過程中，針對機場油庫這個特定環境，把提高系統的安全性和可靠性作為重點難點問題集中攻關，主要采取了以下措施：
（1）控制系統電源柜在供電回路中采用雙電源市電配置，增加隔離變壓器及UPS不間斷電源，以防止其他用電設備對加油系統的干擾，提高系統可靠性。

（2）動力配電采用雙電源市電加備用柴油機方式，保證機場的供油。
（3）控制回路主要考慮信號的相互隔離，以防止對原系統的信號干擾，在危險區域的信號要配備安全柵，以保證加油的安全和信號的正確傳遞。關鍵部位安裝可燃氣體報警檢測裝置。

（4）自動化系統中所有設備均設計為二級連鎖保護，即繼電器、PLC的兩級保護。操作回路除了在硬件回路上要加必要的連鎖，主要為了防止誤操作，之外，軟件的操作也增加連鎖保護，以保證加油萬無一失。由于連鎖系統與安全生產密切相關，故涉及連鎖保護所使用的繼電器、接觸器均選擇高可靠的進口產品。

（5）在系統功能設置上，針對可能出現的應急情況，增設應急手動控制、流程校核等功能。
（6）為提高自動化控制系統可靠性、抑制噪音、保證工業自動化控制系統設備安全，特別是在在罐區自動化控制系統設計中，良好接地系統可以解決控制系統的防雷、防干擾、防靜電等問題，保護設備和人身安全。
該自動化控制系統中接地按其作用可分為保護接地、工作接地及防雷接地。

保護接地

保護接地是將工業自動化控制系統中平時不帶電的金屬部分（機柜外殼，操作臺外殼等）與地之間形成良好的導電連接，以保護設備和人身安全。保護接地電阻要求小于4歐姆。

工作接地

工作接地是為了使工業自動化控制系統以及與之相連的儀表均能可靠運行并保證測量和控制精度而設的接地。它分為機器邏輯地、信號回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系統中還有本安接地。

防雷接地 

防雷保護地主要是用來向大地引泄雷電流的，目的在于保護人員和建筑物的安全。防雷保護地設計應按照國家標準GB50057-94《建筑物防雷設計規范》要求進行。防雷保護地接地電阻小于10歐姆。

（7）為了保證系統的正?？煽窟\行，在系統中配備必要的防雷設備是非產重要的。
雷電可以在電源線和通信線或數據線上感應出過電壓。因此采用電源和通信防雷器是保護通信線路、設備及人身安全的重要技術手段，是確保通信線路、設備運行不可缺少的技術環節，是哈爾濱機場泵房遙測、監控系統電子化建設及運行管理工作的重要組成部分。
本設計目的是提供出一套完整且易于操作的防雷設計和運行解決方案予有關部門進行參考實施，從而達到使庫區自控系統安全運行的效果。
綜合防雷工程包含：完善的外部防直擊雷系統、合理配置過電壓保護裝置（含電源、通信）、良好的等電位連接三個有機的整體。
    概括的說，當今電子設備的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等電位和過電壓保護五種方法。

（A）、分流
    利用避雷針、避雷帶和避雷網等將雷電流沿引下線安全地流入大地，防止雷電直接擊在建筑物和設備上。
（B）、屏蔽
    計算機系統所有的金屬導線,包括電力電纜、通信電纜和信號線均采用屏蔽線或穿金屬管屏蔽，在機房建設中，利用建筑物鋼筋網和其他金屬材料，使機房形成一個屏蔽籠。用以防止外來電磁波（含雷電的電磁波和靜電感應）干擾機房內設備。
（C）、等電位連接
    將機房內所有金屬物體，包括電纜屏蔽層、金屬管道、金屬門窗、設備外殼等金屬構件進行電氣連接，以均衡電位。
（D）、接地
    在計算機網絡系統中，為保證其穩定可靠的工作、保護計算機網絡設備和人身安全，解決環境電磁干擾及靜電危害，需要一個良好的接地系統。

防雷器配置如下：
電源防雷器部分
第一級防雷器：
在調度控制室的總進線的入線處進行第一級避雷保護，采用大通流量的防雷箱。
第二級防雷器：
遙測監控屏輸入端進行第二級避雷保護，選用模塊化防雷器。
第三級電源防雷器 
在機房的重要設備（服務器等）進線的輸入端加裝第三級避雷裝置。
信號防雷器部分
數據線：
對系統的通訊網絡安裝專用信號防雷裝置進行保護。

6、控制方式的優化
鐵路棧橋收油作業自動化

系統摒棄了原有的手動工作方式，在每個鶴管加裝有液位檢測裝置及電磁閥。當卸油作業時，系統自動生成相應收油路徑，依次分配批量開啟鶴管，同時，將路徑上各管道閥門依次打開，啟動油泵，開始卸油作業；系統通過鶴管閥位狀態反饋判斷鶴管開啟數量，當已開啟鶴管達到要求的數量時，其它鶴管進入等待狀態，直到前一批次油罐車油料裝卸完畢并相應關閉鶴管閥門后，再自動依次打開，即防止由于鶴管抽空造成的“汽阻”現象，又充分發揮了油泵能力，提高作業效率。

恒壓供油自動化

    考慮到機場加油的重要性、連續性，同時也考慮到對投資成本的節約，對供油泵組采用多臺變頻加軟啟動器的配置方案，多臺變頻泵采用一用一備或一用多備方式，工作時操作人員可以根據需要，任意選擇其中一臺變頻泵作為調壓泵，接下來選擇軟啟動泵作為恒速泵。運行時，系統根據設定的加油及保壓壓力等參數進行自動供油。當系統進入自動供油階段，系統將根據實際的供油壓力及流量信號與設定的供油參數進行比較，當進入加油作業時，變頻調壓泵自動啟動供油，當該調壓泵達到滿負荷后仍不能滿足供油需求時，系統自動判斷投入恒速泵進行供油，這時變頻泵仍作為調壓泵運行。當供油需求減小時，系統根據參數判斷將自動關閉恒速泵。當機坪沒有供油需求時，系統將自動停止所有供油泵的運行，進入保壓階段。
    此種方式的優點在于，系統既可以滿足小流量時單臺泵非滿負荷的運行，又可以保證在需求加大時的并泵運行。而且此種配置可以將故障系數降至最低，一旦變頻器出現問題，可以選擇另一臺變頻泵進行自動恒壓供油，特別情況下，當變頻泵都無法使用時，還可以靠軟啟動器來啟動油泵保證供油。經實踐證明，該控制方案回路機構簡單，故障點少，便于日常維護，可靠性非常高。同時，變頻器具有過流、過壓、欠壓、短路、過負荷等多項故障保障及報警功能；控制大功率設備啟動上升時間，停止下降時間，可實現電機的軟起動，對運轉設備，無大電流沖擊及機械沖擊，延長設備的使有壽命；按所需功率運行大功率設備即滿足了輸出功率又達到節能的效果。

長輸管線遠程通訊連鎖控制

    一般情況下，機場的中轉庫與使用庫，使用庫與機坪間相距較遠，輸油管路近到幾公里，遠到十幾公里。在以往的中轉庫向使用庫輸油作業時，兩個庫的操作人員無法實時了解到對方的工作狀態，只能手動作業，電話溝通收油狀態及何時停止輸油作業。這造成了雙方油庫工作人員工作效率降低，同時也增大了事故隱患。所以本方案設計使兩個庫間能夠實現通訊，使輸油作業能夠達到自動控制。同時，使用庫與機坪間也建立通訊，設立機坪加油急停裝置，當供油作業中，機坪側出現緊急情況時，可以迅速反應，停止供油設備。
    通訊方面，由于距離遠，可以考慮GPRS、數傳電臺、DDN等通訊方式。

7、系統軟件功能

    作業監控和數據管理系統將以視窗的方式實現人機交互功能，操作人員可根據軟件所提供的界面信息查看收發油系統整體以及每個設備的狀況，或下達作業指令。
作業監控和數據管理軟件有如下功能：
    工藝流程直觀顯示：動態顯示物料進、出、轉罐等操作，顯示輸油路徑。同一區域所有儲罐的液位、溫度、庫存量等狀態。動態顯示機泵狀態，及泵電流監測等相關加油參數。

簡捷安全的操作：加油具備手動自動模式的轉換，只要一個按鈕就能實現工作模式的自動轉換。在操作界面上進行簡單的鼠標點擊即可輸入操作指令，如選罐、發出收油命令、發出設備維護指令，并且對指令都有安全互鎖功能。

豐富全面的信息查詢：罐區液位、流量、加油壓力、運行頻率等重要參數都將錄入趨勢曲線庫，操作人員可以根據需要查詢各時段的運行曲線。系統中的各種事件、報警，如換罐、罐液位高低、泵啟停，泵故障、過濾器差壓超標等均有報警畫面和事件記錄等。

美觀適用的報表輸出：系統所需的歷史信息，如罐的液位、溫度、儲量、泵的啟停時刻，每次運行時間、總運行時間、過濾器的壓差、流通量、慮芯使用時間，每日的收、發油量等信息都能查詢顯示。系統的日報、月報，設備運行報表都可按用戶需求進行設計，使其美觀、信息全面。

操作流程幫助畫面：為現場人員設置該畫面，以熟悉操作流程。

三、系統優點與先進性
1、實現收、發油作業自動化
通過改造，實現油庫自動收油及自動恒壓供油，徹底消除了人工作業過程中的安全隱患，提高了工作效率。系統具有智能化的控制模式，操作使用方便；改變了傳統油料收發作業方式。
2、易于維護及可靠性
系統方案設計安全可靠，技術應用比較廣泛，技術成熟、性能穩定，易于擴展。系統設計結構合理，易于維護。 
3、選用設備先進
系統的設計和硬件選型，采用系統集成商品化工業級產品的方式進行，核心控制器及各類執行機構采用國際最具影響力的產品，確保了系統的安全性和穩定性。 
4、控制系統性能先進
系統具有：作業自動控制、安全監控、液位監控、設備連鎖保護、信息管理、信息集成和通信等功能，能夠滿足機場油庫自動供油作業需求。操作簡便，大大提高工作效率。另外，由于采用科學的控制方法，使系統的耗電降低，特別是使用變頻調節模式時，將大幅降低系統電量。