一、总体概述
    近年来，随着我国经济持续发展，近年来机场的日航班量不断的增加及机场不断的扩建，油料消耗量也随之不断增加，使得油料储运作业次数越来越频繁，单次作业油料收发量也越来越大。但长期以来，大部分机场油库一直沿用着传统的手工或半自动化的作业模式，自动化程度不高，人员劳动强度大，作业过程繁琐，安全隐患比较突出。由于对作业设施设备、管路状况及油罐液位情况无法进行实时监测和连锁保护，检测一旦作业前对油罐接收能力判断不准、开错管路阀门等误操作或作业中设备意外损坏，很容易造成跑、冒油，涨坏管路、油罐等问题，甚至发生着火、爆炸事故。而实现机场油库的储运作业的自动化控制与信息化管理，不但是解决上述问题的有效途径，更重要的是可以提高油库科学管理水平，确保油库安全，提高油库的供应保障能力。

二、控制方案介绍
1、技术方案的设计原则
    针对机场目前的运行状况，以机场油库需求为牵引，在保证系统安全性并达到防爆要求的前提下，采用先进、可靠的技术与设备，高起点，高标准，实现油料收发、油罐监测、计量和管理自动化；将油罐自动化测量系统的实时数据纳入油库信息化管理平台，建立一个开放的、统一标准的、自动化控制与信息化管理于一体的网络系统，以满足油库信息化管理的要求。系统设计遵循以下基本原则：
1.1 技术先进
    借鉴国内外工业控制领域的成功经验，采用先进、成熟的设计理念、控制技术与设备，确保系统的采集精度、传输精度、控制精度，解决机场油库自动化控制难题。系统能够反映当今国际自动控制领域的最新发展水平，在未来五年内应保持处于国内领先水平。
1.2 功能完善
    控制系统应充分运用优化设计、可靠性设计、维修性设计、价值工程等专业工程技术进行方案设计，与以往油库自动化控制系统相比，在功能设计上应有较大提升。
1.3 规模可变
    注重国际标准、行业标准的使用。在保证系统技术先进性的同时，注重系统的模块化、标准化设计，提高系统开放性和可扩展性。以满足机场油库使用和上级机关的要求为目的，坚持经济实用的原则，确保控制系统在今后的推广中可根据不同油库需求确定规模，避免重复投资。另外，可以针对不同规模的油库，经过简单的模块化的“加减法”即可以实施不同规模的控制系统，避免以前的自动化系统所存在的重复设计、重复开发、互不兼容的问题。
1.4 安全可靠
    建立完善的安全机制，在结构设计和设备选型方面考虑系统的可靠性，保证系统长期安全稳定的运行。
1.5易于维护
    在保证系统功能的前提下，通过先进的计算机管理手段和优化的人机界面，确保系统的易于维护性，减少日常维护过程中的维护难度，并进而确保系统的正常运行和使用。
另外，在产品选型上选用国内外成熟的优质产品，保证系统后期维护过程中，尤其是在备品备件的采购过程中的实用性、经济性及可替代性，确保产品质量及快速响应。
2、系统结构组成
    通常情况下，机场的油料库组成，包括油料中转库，油料使用库及机坪，如下图。航空燃料油通过铁路槽车或由炼油厂通过长输管线输送至中转库（一库）进行储存，再经由中转库泵房发送至使用库（二库），向机坪或机场加油站输送油料的任务由使用库完成。

3、控制系统网络结构
    机场油料储运自动化系统包括中转库监控管理系统、使用库监控管理系统系统及停机坪紧急操作系统。各系统相距较远，特别是中转库与使用库之间，由于长输管线的工艺特殊性，需要库站实时通信，通信系统把中转库系统和使用库系统以及机坪急停系统连成一体。根据现场环境和性价比原则可以选择采用GPRS、DDN专线、数传电台等远程通信方式。各系统即紧密结合，又相对独立。另外，各占通过VPN专网与上级管理系统进行通讯，实时收集生产过程中数据，并作出相应的分析和处理。

                          系统框图

    油库监控管理系统采用国际上先进的PLC和组态软件构成SCADA系统或DCS系统，分别采集油罐的液位、温度、体积、油罐进出口阀门状态及输油管线的压力、温度、流量、差压等现场仪表数据，控制油泵电机、电动阀门等现场执行机构，记录系统运行过程中的重要数据，根据用户需求自动生成多种样式的报表及报告文档。各油库监控系统基本由以下三部分构成：
监控、组态计算机 
    由多台工业计算机构成，采用工业控制监控软件向操作人员显示作业系统各部位设备状态，提供交互式的视窗操作平台，具有系统说明、系统组态、系统监控、流程校核、故障诊断等功能，操作简单、维护方便。
PLC设备 
    主要包括控制主站和若干个分布式输入/输出站。控制主站由一块主控制器构成，通过工业以太网络与监控站进行数据交互。用户可以根据需要来选择是否采用冗余PLC配置。
现场执行及传感设备 
    包括电动阀门、变频器、软启动器、液位、流量监测设备等终端作业设备。各设备通过硬接线或通讯的方式接入相关IO分站。

4、系统基本功能

4.1 储罐状态显示：通过对储罐液位、储液温度的检测，及储液密度录入等参数的集中显示，可使操作人员实时了解储罐状态。 
4.2 库存量检测计算功能：通过系统自动采集储罐液位、温度、密度等参数，结合储罐容积表及不同介质计算方法，然后自动计算储罐内的储液重量、储罐的输转量等管理需要的信息。 
4.3 安全限监测：通过对储罐液位、温度、可燃气体浓度越限报警的监测，可有效的防止漏油、窜油、冒油及其它突发性事故的发生。对机泵的开启与关闭、泵电流大小及机泵运行时间累计的监测，保证机泵安全运行。
4.4 流量检测与累计：罐区一些需进行经济核算或进行商务结算的输转量是通过质量流量计来进行计量，系统实现了对罐区所有质量流量计的集中显示与累计，并生成报表。
4.5 报警事件信息显示：集中显示所有监测点的越限报警信息及故障报警，及时掌握现场及系统所有的报警信息。
4.6 数据趋势图及报表功能：可对罐液位、罐温度、流量计的趋势进行显示。根据需要，实现了班报、日报、月报、流量计统计表的自动生成，并按要求打印报表，及时反映生产动态，取代了原人工抄表、计算、填写报表。
4.7 自动卸油：当下达卸油作业指令，控制系统首先对来油体积进行计算，同时采集储罐液位监测系统有关数据，进行接收能力判断，选择确定接收油罐，随后以图像形式生成卸油作业路径，提供给操作人员进行流程校核，待操作人员选择确认后，监控计算机将作业指令传递到PLC控制主站。控制站将接收到的控制信号下达给电动阀门、软启动器等现场执行设备，执行设备按控制信号进行操作，最终完成作业任务。
    整个作业过程中，监控计算机全程对作业相关信息进行自动记录和管理；传感设备实时检测铁路油罐车、储油罐内油料液位情况，并将数据实时传输到PLC控制主站，PLC控制主站根据完全信息的特征，决定是否开启（或关闭）阀门及油泵，以便自动完成油罐车（或油罐）的换罐作业或进行安全保护措施（联锁）。
4.8 自动恒压供油控制：飞机加油时启泵、并泵、停泵以及压力的恒定控制完全由系统自动感知和执行，无须操作人员干预。变频调节供油泵转速使水击对加油和系统的影响减至最小。当供油压力一旦达到危险界限时，系统将自动开启回流阀进行泄压，保证供油过程的压力稳定。
4.9 每个装车台设立装车定量仪，可以实现远程自动装车及就地装车。系统接收到装车单据信息，并具备装车条件后，按预定装车量自动完成装车作业。 装车过程中系统实时监控阀位信号、装车静电检测信号及装车液位信号，当发生阀位故障、静电超高或装车液位超高等报警时，自动连锁关闭装车阀。保证安全准确的完成整个装车过程。
4.10 实时收集生产过程中数据，对库区实时进行消存动态分析，对物料进料、发料、库存、业务结算等进行管理。

5、安全性和可靠性设计

方案设计过程中，针对机场油库这个特定环境，把提高系统的安全性和可靠性作为重点难点问题集中攻关，主要采取了以下措施：
（1）控制系统电源柜在供电回路中采用双电源市电配置，增加隔离变压器及UPS不间断电源，以防止其他用电设备对加油系统的干扰，提高系统可靠性。

（2）动力配电采用双电源市电加备用柴油机方式，保证机场的供油。
（3）控制回路主要考虑信号的相互隔离，以防止对原系统的信号干扰，在危险区域的信号要配备安全栅，以保证加油的安全和信号的正确传递。关键部位安装可燃气体报警检测装置。

（4）自动化系统中所有设备均设计为二级连锁保护，即继电器、PLC的两级保护。操作回路除了在硬件回路上要加必要的连锁，主要为了防止误操作，之外，软件的操作也增加连锁保护，以保证加油万无一失。由于连锁系统与安全生产密切相关，故涉及连锁保护所使用的继电器、接触器均选择高可靠的进口产品。

（5）在系统功能设置上，针对可能出现的应急情况，增设应急手动控制、流程校核等功能。
（6）为提高自动化控制系统可靠性、抑制噪音、保证工业自动化控制系统设备安全，特别是在在罐区自动化控制系统设计中，良好接地系统可以解决控制系统的防雷、防干扰、防静电等问题，保护设备和人身安全。
该自动化控制系统中接地按其作用可分为保护接地、工作接地及防雷接地。

保护接地

保护接地是将工业自动化控制系统中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等）与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。保护接地电阻要求小于4欧姆。

工作接地

工作接地是为了使工业自动化控制系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系统中还有本安接地。

防雷接地 

防雷保护地主要是用来向大地引泄雷电流的，目的在于保护人员和建筑物的安全。防雷保护地设计应按照国家标准GB50057-94《建筑物防雷设计规范》要求进行。防雷保护地接地电阻小于10欧姆。

（7）为了保证系统的正常可靠运行，在系统中配备必要的防雷设备是非产重要的。
雷电可以在电源线和通信线或数据线上感应出过电压。因此采用电源和通信防雷器是保护通信线路、设备及人身安全的重要技术手段，是确保通信线路、设备运行不可缺少的技术环节，是哈尔滨机场泵房遥测、监控系统电子化建设及运行管理工作的重要组成部分。
本设计目的是提供出一套完整且易于操作的防雷设计和运行解决方案予有关部门进行参考实施，从而达到使库区自控系统安全运行的效果。
综合防雷工程包含：完善的外部防直击雷系统、合理配置过电压保护装置（含电源、通信）、良好的等电位连接三个有机的整体。
    概括的说，当今电子设备的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等电位和过电压保护五种方法。

（A）、分流
    利用避雷针、避雷带和避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地，防止雷电直接击在建筑物和设备上。
（B）、屏蔽
    计算机系统所有的金属导线,包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽，在机房建设中，利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使机房形成一个屏蔽笼。用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）干扰机房内设备。
（C）、等电位连接
    将机房内所有金属物体，包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳等金属构件进行电气连接，以均衡电位。
（D）、接地
    在计算机网络系统中，为保证其稳定可靠的工作、保护计算机网络设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，需要一个良好的接地系统。

防雷器配置如下：
电源防雷器部分
第一级防雷器：
在调度控制室的总进线的入线处进行第一级避雷保护，采用大通流量的防雷箱。
第二级防雷器：
遥测监控屏输入端进行第二级避雷保护，选用模块化防雷器。
第三级电源防雷器 
在机房的重要设备（服务器等）进线的输入端加装第三级避雷装置。
信号防雷器部分
数据线：
对系统的通讯网络安装专用信号防雷装置进行保护。

6、控制方式的优化
铁路栈桥收油作业自动化

系统摒弃了原有的手动工作方式，在每个鹤管加装有液位检测装置及电磁阀。当卸油作业时，系统自动生成相应收油路径，依次分配批量开启鹤管，同时，将路径上各管道阀门依次打开，启动油泵，开始卸油作业；系统通过鹤管阀位状态反馈判断鹤管开启数量，当已开启鹤管达到要求的数量时，其它鹤管进入等待状态，直到前一批次油罐车油料装卸完毕并相应关闭鹤管阀门后，再自动依次打开，即防止由于鹤管抽空造成的“汽阻”现象，又充分发挥了油泵能力，提高作业效率。

恒压供油自动化

    考虑到机场加油的重要性、连续性，同时也考虑到对投资成本的节约，对供油泵组采用多台变频加软启动器的配置方案，多台变频泵采用一用一备或一用多备方式，工作时操作人员可以根据需要，任意选择其中一台变频泵作为调压泵，接下来选择软启动泵作为恒速泵。运行时，系统根据设定的加油及保压压力等参数进行自动供油。当系统进入自动供油阶段，系统将根据实际的供油压力及流量信号与设定的供油参数进行比较，当进入加油作业时，变频调压泵自动启动供油，当该调压泵达到满负荷后仍不能满足供油需求时，系统自动判断投入恒速泵进行供油，这时变频泵仍作为调压泵运行。当供油需求减小时，系统根据参数判断将自动关闭恒速泵。当机坪没有供油需求时，系统将自动停止所有供油泵的运行，进入保压阶段。
    此种方式的优点在于，系统既可以满足小流量时单台泵非满负荷的运行，又可以保证在需求加大时的并泵运行。而且此种配置可以将故障系数降至最低，一旦变频器出现问题，可以选择另一台变频泵进行自动恒压供油，特别情况下，当变频泵都无法使用时，还可以靠软启动器来启动油泵保证供油。经实践证明，该控制方案回路机构简单，故障点少，便于日常维护，可靠性非常高。同时，变频器具有过流、过压、欠压、短路、过负荷等多项故障保障及报警功能；控制大功率设备启动上升时间，停止下降时间，可实现电机的软起动，对运转设备，无大电流冲击及机械冲击，延长设备的使有寿命；按所需功率运行大功率设备即满足了输出功率又达到节能的效果。

长输管线远程通讯连锁控制

    一般情况下，机场的中转库与使用库，使用库与机坪间相距较远，输油管路近到几公里，远到十几公里。在以往的中转库向使用库输油作业时，两个库的操作人员无法实时了解到对方的工作状态，只能手动作业，电话沟通收油状态及何时停止输油作业。这造成了双方油库工作人员工作效率降低，同时也增大了事故隐患。所以本方案设计使两个库间能够实现通讯，使输油作业能够达到自动控制。同时，使用库与机坪间也建立通讯，设立机坪加油急停装置，当供油作业中，机坪侧出现紧急情况时，可以迅速反应，停止供油设备。
    通讯方面，由于距离远，可以考虑GPRS、数传电台、DDN等通讯方式。

7、系统软件功能

    作业监控和数据管理系统将以视窗的方式实现人机交互功能，操作人员可根据软件所提供的界面信息查看收发油系统整体以及每个设备的状况，或下达作业指令。
作业监控和数据管理软件有如下功能：
    工艺流程直观显示：动态显示物料进、出、转罐等操作，显示输油路径。同一区域所有储罐的液位、温度、库存量等状态。动态显示机泵状态，及泵电流监测等相关加油参数。

简捷安全的操作：加油具备手动自动模式的转换，只要一个按钮就能实现工作模式的自动转换。在操作界面上进行简单的鼠标点击即可输入操作指令，如选罐、发出收油命令、发出设备维护指令，并且对指令都有安全互锁功能。

丰富全面的信息查询：罐区液位、流量、加油压力、运行频率等重要参数都将录入趋势曲线库，操作人员可以根据需要查询各时段的运行曲线。系统中的各种事件、报警，如换罐、罐液位高低、泵启停，泵故障、过滤器差压超标等均有报警画面和事件记录等。

美观适用的报表输出：系统所需的历史信息，如罐的液位、温度、储量、泵的启停时刻，每次运行时间、总运行时间、过滤器的压差、流通量、虑芯使用时间，每日的收、发油量等信息都能查询显示。系统的日报、月报，设备运行报表都可按用户需求进行设计，使其美观、信息全面。

操作流程帮助画面：为现场人员设置该画面，以熟悉操作流程。

三、系统优点与先进性
1、实现收、发油作业自动化
通过改造，实现油库自动收油及自动恒压供油，彻底消除了人工作业过程中的安全隐患，提高了工作效率。系统具有智能化的控制模式，操作使用方便；改变了传统油料收发作业方式。
2、易于维护及可靠性
系统方案设计安全可靠，技术应用比较广泛，技术成熟、性能稳定，易于扩展。系统设计结构合理，易于维护。 
3、选用设备先进
系统的设计和硬件选型，采用系统集成商品化工业级产品的方式进行，核心控制器及各类执行机构采用国际最具影响力的产品，确保了系统的安全性和稳定性。 
4、控制系统性能先进
系统具有：作业自动控制、安全监控、液位监控、设备连锁保护、信息管理、信息集成和通信等功能，能够满足机场油库自动供油作业需求。操作简便，大大提高工作效率。另外，由于采用科学的控制方法，使系统的耗电降低，特别是使用变频调节模式时，将大幅降低系统电量。