1.前言

　　海南煉化30萬噸級原油碼頭和10萬噸級成品油碼頭由1個原油泊位和4個成品油泊位組成，是目前國內規模最大，技術水平最高的輸油碼頭，承擔了海南煉化原材料輸入和最終產品輸出的任務。輸油碼頭屬于危險防爆2區裝置，設備分布非常分散，主要控制的對象有溫度、壓力、流量、閥門等，這就要求其控制方案必須有一套完善的控制、聯鎖、報警和急停系統去完成工藝參數的采集與監控。

　　海南煉化在新建油品碼頭過程中，針對裝置的防火防爆要求，以及設備分布較分散，控制對象要求較高等情況，選用了GE Fanuc公司的MOST開放式控制系統，收到控制效果好、精度高和投資省的較好結果，滿足了海南煉化油口碼頭的生產要求。

2. 控制系統硬件配置設計
　　海南煉化原油和成品油碼頭各自采用獨立的控制系統，共由5個現場控制站組成。其中原油碼頭占用2個控制站，成品油碼頭占用3個控制站，原油和成品油碼頭控制室各設1個操作站和1個工程師站組成。控制站與操作站相互之間采用百兆級冗余以太網連接，組成一個完整的控制系統，如圖1所示。

2.1控制站
　　原油碼頭控制系統中包括2個控制站、1臺操作站、1臺工程師站兼操作員站。其中1#控制站放置在1#原油泊位現場控制室內，原油引橋控制站則直接放置在距離控制室兩千米左右的裝置現場，因此對硬件系統的防爆性能、通訊系統、工作范圍、可靠性、魯棒性以及防腐蝕能力要求較高。每個控制站均采用冗余控制器、冗余電源、冗余網絡的原則進行配置，其中1#控制站由4個電源模塊、2個控制器、24個I/O模塊組成，原油引橋控制站由2個電源模塊、2個控制器、8個I/O模塊組成。

　　成品油碼頭控制系統中包括3個控制站、1臺操作站、1臺工程師站兼操作員站。其中2#泊位控制站放置在2#泊位現場控制室內，4#泊位控制站放置在4#泊位控制室成品油碼頭控制系統中包括3個控制站、1臺操作站、1臺工程師站兼操作員站。其中2#泊位控制站放置在2#泊位現場控制室內，4#泊位控制站放置在4#泊位控制室小、2個控制器、24個I/O模塊組成，4#泊位控制站由2個電源模塊、2個控制器、60個I/O模塊組成，消防泵房控制站由2個電源模塊、2個控制器、16個I/O模塊組成。

　　其中原油碼頭1#泊位控制站與成品油碼頭2#泊位控制站提供冗余的Modbus接口與海南煉化罐區DCS系統進行通訊，便于罐區操作人員及時掌握碼頭生產操作的運行狀態。/

　　成品油碼頭裝船時需要對油品進行計量，因此對計量系統的要求非常高，因此2#泊位控制站和4#泊位控制站除了接收現場質量流量計的4~20mA瞬時流量信號，同時提供冗余的Modbus接口與質量流量計進行RS485通訊，接收瞬時流量、密度、累積量等信息。正常情況下以通訊值為準，通訊中斷時以4~20mA信號為準，實現多方案對油口輸出裝船計量進行監控。

2.2 控制器
　　根據碼頭裝置生產的特點，CPU模塊選擇了MOST混合控制器，該控制器具有高度靈活的數據采集輸入輸出和控制功能，可實現常規控制、邏輯控制和順序控制。控制器采用266MHz 32位微處理器，25M內存，雙以太網和雙串行通訊接口，支持API、現場總線、ModBus、HART、點對點通訊以及OPC，可以實現冗余配置，可直接安裝在危險2區。一個控制器最多可安裝64個I/O模塊，支持熱插拔。雙路電源供電。

　　冗余控制器配置中，冗余控制器互為備用，同步接收輸入信號數據，同步執行控制計算，同時互相傳送計算結果。當一個控制器監測到錯誤時，無故障的控制器可以立刻接著進行控制，實現無擾動切換。

2.3 IO模塊
　　MOST系統的電源、控制器和I/O模塊可以直接安裝危險2區，部分I/O模塊內置本質安全型安全柵，無需額外安裝安全柵，通道隔離、監測以及LED指示，支持多種信號類型，支持在線熱插拔。模擬量輸入A/D轉換分辨率達到16位，模擬量輸出A/D轉換分辨率達到12位，能夠對現場回路進行檢測，內置輸入變量線性化、工程單位轉換、開平方濾波、報警及冷端溫度補償運算功能。IO卡件具備最快20ms模擬量調節功能，10ms數字量控制功能和1msSOE控制功能。

3. DCS系統軟件設計
　　MTL公司提供整個區域的系統軟件，主要包括MOST系統組態、控制策略軟件WorkBench和人機界面HMI軟件。

3.1 系統組態和控制軟件
　　系統使用Workbench進行系統硬件和控制策略的組態。整個控制軟件涵蓋了閥門控制回路、報警聯鎖回路、計量累積回路，馬達控制回路等全部的油品碼頭生產自控程序。

　　所有的回路控制和聯鎖功能在現場控制站獨立運行。通過控制站的網絡功能，控制站與控制室的操作站進行通訊聯系。操作人員的操作控制指令由操作站通過網絡下達至控制站。

3.2 人機界面軟件
　　操作站人機界面(HMI)軟件應是基于Windows XP操作系統的軟件。可以創建強大的、功能齊全的監控系統，充分利用Microsoft Windows的先進功能，包括ActiveX控件、OLE、圖形、網絡等。還可以通過添加自定義ActiveX控件、向導、常規對象、以及創建來擴充的功能。操作站人機界面(HMI)軟件主要完成實時監控、歷史記錄，數據采集、系統報警及打印報表等重要功能。

　　采用高性能計算機作為監控系統支撐硬件平臺，以Windows XP和組態軟件構成監控系統運行平臺。提供友好的人機交互界面功能、圖形處理功能、報表處理功能、報警處理功能、查詢功能、用戶權限管理功能等。

3.3 文件資料
　　整個DCS系統文件資料包括：系統結構圖、系統配置圖、IO清單、機柜布置圖、電源分配圖、接線圖、控制回路圖、邏輯聯鎖圖等。

4. 控制系統實施
　　通過對DCS系統配置的審查，最終確定以上整體方案。DCS系統的組態、現場設備安裝、調試和投用過程大約花費了60個工作日。由于使用了Workbench的Strategy進行組態，整個組態過程相當方便、快捷。出錯率也相當低。整個系統一次開車成功。

5. 控制系統性能分析與改進
　　對于使用于防爆2區的控制系統，MOST控制系統相比其他廠商的DCS系統來說相對較便宜。其節省投資的部分主要來自于節省了危險／安全區安全柵的設備投資。其次，由于控制站可以安裝在控制現場，一次儀表只須連接到現場控制站而非全部連接到中央控制室。這樣就節省了信號電纜，這對控制裝置分布較散、區域較大的控制系統來說，就顯得尤為重要，可節省大量的電纜投資。碼頭裝置屬于典型的分散性裝置。

　　原油碼頭和成品油碼頭控制系統自2006年7月開始投入運行，運行情況良好。迄今為止，DCS系統已經安全、無故障運行長達16000小時。其間經歷了一個夏季高溫的考驗。在夏季高溫時期，機柜內部最高溫度62℃。經過三個夏季的考驗，證明MOST系統可耐較高的氣溫。沒有發生過控制器因高溫而中止運行或復位重啟等故障現象。

　　MOST系統的硬件結構簡潔，安裝方便，接線故障率少，可靠性較高。軟件的組態也較方便，花費時間少，維護方便、直觀。圖形化的編程方式給用戶的組態，調試和維護有很大的幫助。在線調試功能使監控數據一目了然，方便查找編程錯誤。提供的功能模塊能滿足自控系統的要求，組態調用很方便。

　　目前碼頭控制系統只能夠實現單純的開關閥門，無法實現定量開閥和定量裝船。可以將每條輸油管線的最后一個閥門改為調節閥，即可實現定量開閥和定量裝船。此外，整個碼頭的調度位于成品油碼頭，無法從操作站看到原油碼頭的實時信息。如果能夠將成品油和原油碼頭網絡連成一個網絡，就可以實現上述要求。但是由于兩個碼頭距離在八千米左右，光纜的成本會非常高。目前已有可以直接安裝在防爆2區的無線以太網交換機進入市場，可以選擇無線交換機實現兩個碼頭網絡的互聯。

6. 結束語
　　經過近三年的運行，MOST系統在碼頭生產監控中扮演了重要角色，滿足了高溫、高壓、高危險介質的控制要求，為今后油碼頭裝置的建設和生產積累了寶貴經驗。

參考文獻：
1. 陸德民，張振基，黃步余等. 石油化工自動控制設計手冊. 北京: 化學工業出版社, 2001. 160~196
2. 樂嘉謙. 儀表工手冊. 北京: 化學工業出版社, 1998. 410~468