阀门执行器现场总线控制系统在原油库区的应用策略探讨

阀门执行器现场总线控制系统在原油库区的应用策略探讨

庄玉坤,马志伟,刘同鹤

青岛实华原油码头有限公司  山东 青岛 266500

摘要：阀门执行器现场总线控制系统是现代化原油库区设备的重要控制系统，其充分应用了电气自动化与信息化技术，能够提高原油库区设备操作与维护的质量。本文首先介绍了阀门执行器现场总线控制系统，其次分析了阀门执行器现场总线控制系统在原油库区的应用对策，主要从系统关键功能应用、应用问题以及对策两大方面详细论述，以期能够为相关人员提供参考。

关键词：阀门执行器；现场总线控制系统；原油库区；应对策略

前言：随着我国石油行业的不断发展，当前原油库区逐渐朝着大面积的方向发展，虽然提升了资源储备能力与运营水平，但也对现场设备的操作与维护提出了更高的要求。目前我国石油企业的原油库区管理人员有限，为能够提高工作质量，减少维护成本，本文则加大了对现代化阀门执行器现场总线控制系统应用的研究。

1. 阀门执行器现场总线控制系统介绍

1.1工作原理

阀门执行器现场总线控制系统主要用于大面积油库区的设备操作与维护之中，在过去我国多数的石油商业存储库都存在控制阀门过于分散，不便于管理的问题，在2008年以后，随着电气自动化技术的发展，在库中逐步普及了电动阀门，并采用了执行器对现场总线进行控制，取得了良好的成效。该系统控制回路呈环状，假如通信环路断开，在回路断点另一侧的现场单元，仍会形成一个完整的环路，能够确保所有现场单元与主控站之间的通信顺畅。当环路断开以后，主控站的A端口会向其连接的第一个现场单元发出命令，并接收现场单元的响应。以此类推，连接现场单元的环路会逐步向外扩张，直到环路断点不能再继续下去。响应信息会通过另一端口反方向输出与接收，通过此种方式能够确保原油库所有现场单元与主控站之间的通信顺畅[1]。

1.2应用优势

目前我国中石化等石油公司已经将此种控制系统应用到了实际工作之中，经评定该系统在应用时，具备以下几点优势：第一，节省施工与工作效率。某石油商业储备库在建设时，使用了该系统，系统不仅安装简单，且投运速率也较高，能够节省40%的投资与运营成本。第二，系统具备可扩展性。由于系统利用了环形回路，因此在数公里范围之内，可以不设置中继站，并连接百台设备，且装置之间的距离也没有限制，这样就便于原油库区设备的增加，同时在减少设备以后，主线路也不需要进行任何变动，只改变软件操作功能即可。第三，系统维护简便。系统中的短距离通信端口采用了RS-485，输入与输出接口均采用插拔模式，使得接线更加简便，利用标准与少量的设备仪器，就可完成操作。不需要投入过多的人力资源，对于一些设备多且分散的大型原油库区而言，管理极其方便。

2. 阀门执行器现场总线控制系统在原油库区的应用对策

2.1系统关键功能应用

该系统主要由三大部分组成，一是主控站，在实际应用时负责阀门的控制；二是通信环路，负责各类指令的传输与数据信息交换；三是现场单元，也是执行电动阀门控制任务的重要机构，现对上述三个关键功能的应用机理进行分析。

第一，主控站。主要由工业PC机+键盘+显示器构成，其能够对系统的工作状态进行监视和操作。系统液晶面板机箱内存储着控制器的操作控制流程、参数、冗余设备等，因此管理人员可以利用液晶面板，对系统的环路波特率、现场单元地址、数据传输等进行设置，同时也便于查看，其能够对每台阀门进行单独操作。除此之外，系统中的各类通信接口能够与DCS进行良好的通信，所以管理人员也可以利用其进行远程网络或者二次组态的控制。当系统出现了故障问题后，冗余控制系统会将其自动切换至备用主控站中，确保控制系统能安全稳定的运行[2]。

第二，通信环路。该系统通常使用两线或者三线电缆，其能够将系统中的所有执行器与阀门连接起来，并形成一个闭合环路，方便各阀门或者执行器与主控站之间进行数据信息的交换。为能够确保通信顺畅，系统在运行的过程中，会对电缆工况进行扫描，并判定其是否完好无损。假如没有损坏，主站会发出指令，同时接收现场单元所发出的各设备工作状态，现场单元会依照设备的具体位置，在系统中提前设置好地址，便于管理人员的查询与管理。每次指令发出以后，均会获得响应，如果没有响应，系统则会自动报故障处理。

第三，现场单元。其是一种特殊的阀门执行器，为能够满足各类架构或者使用需求，则要将其设置成半智能或者智能化的装置。目前我国多数石油企业都会选择半智能化装置，其不仅能够接收主控站的指令，还可以对阀门与执行器进行一系列的操作，并将相关信息反馈给主控站，以便管理人员对系统进行控制，所有的业务信息也都会存储于系统之中，能够全面显示。如果在条件与技术允许的状况下，可以使用全智能装置，减少人工作业对其的干预。除此之外，在实际应用的过程中，由于现场作业环境较为恶劣，建议使用可靠度较高的器件。

2.2应用问题以及对策

虽然在原油库区应用阀门执行器现场总线控制系统存在着诸多优势，但受到技术问题的影响，也会导致一些管理问题的出现，例如：系统时延过长、总系统抗干扰能力较差等问题，为能有效解决控制系统运行风险的出现，并提升管理质量可以通过以下几种方式解决：

第一，多数的阀门执行器现场总线控制系统都会依照商储库分区管理需求，通过模块化的方式设计，以便用于控制不同的罐组、泵房、计量间阀门。而阀门工况信号在通信的过程中，一般会依照通信环路→阀门主控站→RS-485接口→控制模块→PLC处理→局域网→中心控制室工作站电脑的顺序传输。从设备的现场动作，到工作站显示数据的过程中，通常会延迟3～10s，而系统对罐组阀门以及计量间阀门的时间控制要求不高，所以主要的风险问题都集中在泵区阀门之中。为此，可以通过人工短暂干预的方式解决，取消该段的逻辑启泵程序，并将系统中的关键控制点改为传统的硬线连接方式，通过对输油泵出口电动泵门的单独改造，来化解时延过长的风险。

第二，在系统运行的过程中，经常会出现输油泵区部分阀门运行状态显示错误、地址丢失等问题，此时可以利用测量仪器查明原因，据经验表明，多数情况下都是由于环路中脉冲干扰型号过大，从而引起的数字信号失误问题的出现。为此，在构建系统的过程中，可以通过合理布线的方式有效解决，尽量的减少变频器、电机、过程通道等对其的影响。同时，在控制电缆以及动力电缆交叉部位，可以设置一个金属屏蔽隔离挡板，结合控制电缆底线单点接地的布局形式，则能够提高系统的抗干扰能力，有效避免地环回路的出现。除此之外，还可以将数字地与模拟地彻底分开，将其分别与电源地线相连接，并适当的加粗地线，能够有效提升系统的整体抗干扰能力。

结语：综上所述，基于新时期背景之下，在原油库区中应用阀门执行器现场总线控制系统，不仅能够减少人工维护量，还具有操作简便的特点，能够满足现代化大型原油库区的日常运营需求。同时，在应用系统的过程中，受到客观因素的影响可能会出现一些技术问题，管理人员应加大对其特点的研究，并制定相应对策。

参考文献：

[1]王诗心. 流体传输系统中电动阀门执行器的研制[D].西华大学,2022.

[2]王敏,万长东,田玉祥,等. 阀门执行器端盖抗爆性优化及轻量化设计[J]. 煤矿机械,2021,42(06):114-116.