输油管道无线监控系统应用案例
吴治安++张禹龙
摘 要：民用机场机坪输油管道是给飞机加油的大动脉，在飞机加油保障中，起着保驾护航的关键作用。本文从机坪输油管道监控系统、RTU数据采集、ESD紧急关闭、阴极保护、监控阀井、通信组网六部分，从硬件设施、通信与控制方式等方面提出设计解决方案，旨在提高机坪输油管道监控系统可靠性和稳定性，降低航油供油保障压力，提出系统设计合理化建议。
关键词：机坪输油管道；RTU；ESD；阴保；压力；水位；组网
中图分类号：TP277.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）18-0023-02
机坪输油管道作为航煤输送鏈上的关键一环，是给飞机加油的最后一道关卡，承担着保障航油供应，保证生产，减少操作人员劳动强度，提高行业管理水平以及企业经济效益的重要任务，其经济性和重要性不言而喻。
机坪输油管道监控系统包括机坪内RTU数据采集系统，ESD紧急关闭系统、管道阴极保护监控、阀井内输油管线压力监控，管线分支段电动阀的控制及监控阀井内的水位监测等。控制中心设在航空加油站调度室。监控系统设计遵循“先进性、开放性、扩充性、可靠性、实用性、安全性、可维护性、经济性”八大设计原则。
1 监控系统
1.1 系统组成
在航空加油站调度室内设一套机坪管道监控系统，系统由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要包括调度室内PLC、现场RTU、通讯网络、上位计算机等，软件部分包括PLC下位程序、上位监控软件等。控制系统结构由以下三个层次组成：
基础层主要是现场仪表和设备；
采集处理层主要是PLC、RTU可编程控制器；
表现层主要是监控界面；
以上三个层次通过其相应的线缆和通讯协议连接成为一个完整的控制系统。
1.2 系统功能
实现紧急停车功能；
实时监测电动阀开、关、异常报警、阀位信号；
实时监测阴保系统的测试桩信号。可通过系统采集的测试桩信号对机坪现场的恒电位仪进行远程调试；
实时监测管线压力；
实时监测阀井水位；
实现设备异常报警；
实现故障自诊断功能，在系统运行过程中故障诊断软件不断地监视系统运行的状态；
实现各参数动态显示及数据库、报表的生成；
实现报警参数、显示参数、生产报表的打印；
机坪管线冲洗作业可通过对机坪管线内电动阀的控制实现分区冲洗。
1.3 系统软件
系统软件主要有操作系统软件、人机界面编程软件、可编程序控制器编程软件。应用软件主要有管线监控软件、测漏系统接口软件、数据库软件等。
1.4 系统硬件
在航空加油站机柜间内设一面PLC柜，在调度室设两台监控计算机互为备用，设一台数据库服务器作为系统信息数据的管理。
在现场控制箱内设RTU模块、电源模块及防雷模块。
所选用PLC及RTU应具有高可靠性、扩展性好、标准化、模块化、易维护等要求。可编程逻辑控制器的输入输出模块属于带电插拔式，当一个输入或输出回路出现故障，可以带电插拔进行检修，而不影响控制系统的正常运行。同时按I/O信号类型分别考虑20%的扩展余量进行配置。
PLC系统应有强大的数据处理和存储的功能，可将各种储运生产参数、报警事件等数据按需要存入硬盘，并可随意调用；PLC系统采用冗余配置方式，当主控制器出现故障时，主控制器通过指示灯的方式给出故障出错信息，同时备用的控制器自动接替主控制器的工作。整个PLC系统的切换时间为1个扫描周期。同时上位监控系统自动切换到备用的控制器上进行通讯。
RTU应能满足储运生产各种过程变量检测的需要。如RTU安装在机坪阀井内，属于防爆场合，必须提供有国家防爆机构认可的防爆产品合格证。
系统涉及加装防雷件的I/O信号界定为所有进入控制系统PLC或RTU的输入信号。
针对不同信号配置相应的防雷器，选型如下：
230V交流电源防浪涌保护器用于UPS进线电源的防雷保护。
24V直流电源防浪涌保护器用于系统24VDC的防雷保护。
模拟量防浪涌保护器用于进入控制系统的4～20mA信号的防浪涌保护。
开关量防浪涌保护器用于进入控制系统的电动阀和音叉开关信号的防浪涌保护。
2 RTU数据采集
在机坪飞行区内按区域布置现场控制箱，RTU放置在控制箱内，作为汇聚点。控制箱通过多芯光缆将各系统分散信号远传至航空加油站调度中心。RTU设置电源模块、PLC模块、通信模块和I/O模块，通信协议为以太网。
RTU数据采集信号包括ESD紧急关闭按钮的开关量信号，阴极保护站的输出电压、输出电流、管/地电位4～20mA信号，电动执行机构的开阀、关阀、开到位、关到位、就地/远控、综合故障、自诊断，压力变送器的4～20mA信号，音叉开关的开关量信号等。
3 ESD紧急关闭
根据《民用运输机场供油工程设计规范》（MH5008-2017）的规定，在需要管线加油的停机坪上设置急停按钮。设置急停按钮的目的是：
在加油过程中一旦出现异常情况，加油员在现场就地紧急关阀或停泵，使事故尽可能降低到最小程度，最大限度的减少损失。ESD系统在检测到危险的状态下启动，关停相应设备，以防止设备和工艺生产进入非安全状态。
急停按钮设置方式为近机位及复合机位按一个机位设置一个，远机位等其他机位按多个机位设置一个。按钮设置位置在机坪配电亭附近，与邻近的配电亭及高杆灯共用接地装置。为防止车辆碰撞，在按钮旁设置防撞护栏，并设置警示牌防止人员误操作。
急停控制按钮通过多芯控制电缆接入就近现场设备箱内RTU模块，通过光缆将急停信号接入第一航空加油站的急停PLC系统，急停信号在此实现分区分级报警及停泵操作。在某个区域出现异常报警时，能对该区域的供油系统实现区域关闭控制，或直接关闭工作加油泵。
ESD报警信号采用硬布线和总线两种方式进行传送。硬布线方式布置为6—7个报警按钮为一组，并设自锁功能。ESD系统报警信号接入航空加油站、机场油库自控系统。
控制电缆尽量利用机坪照明管网及机场通信管网预留的保护管敷设，局部与油管同路由间距1m直埋敷设，过硬质道面或与其它管线相交处均需穿保护管保护。
4 阴极保护
机坪加油管线阴极保护系统主要包括：恒电位仪、深井阳极地床、阳极接线箱、阳极电缆、阴极电缆、零位接阴电缆及参比电极。机坪加油管线外防腐采用3PE防腐层，外加强制电流保护，机坪上设置阴极保护站，主要信号远传设备包括恒电位仪及电位采集桩。
将恒电位仪信号通过光纤接入机坪管线监控系统PLC，电位采集桩信号就近接入就近现场控制箱内RTU模块。阴极保护站的输出信号可为RS485、4～20mA或开关量信号。
5 监控阀井
机坪设有电动阀的阀井内设压力变送器、水位监测音叉开关。
压力变送器、音叉液位開关及电动执行机构通过多芯控制电缆接入就近现场设备箱内RTU模块，电动执行机构电源引自就近现场设备箱内配电回路。
其中压力变送器选用罗斯蒙特3051系列，水位监测音叉开关选用2120系列。
6 通信组网
现有机坪通信组网结构常见为星型组网、总线组网和环形组网。考虑环形组网结构简单，实现容易，且可以采用自愈环对网络进行自动保护，稳定性较高。本次机坪各RTU之间通过光缆连接，为提高通信组网的可靠性，选用环形组网模式。通信协议为工业以太网协议。
飞行区内光缆主要沿机坪照明管网、机场通信管网和机坪内综合管廊敷设，敷设管材主要采用多孔格珊。
7 结语
随着十三五国家经济的飞速发展，民用机场旅客吞吐量和货邮吞吐量的井喷，飞机加油量迅猛增长，航油保供压力与日俱增，从全过程智能化控制和信息管理角度覆盖航油接收、储运、加注各环节功能业务，实现机坪管道系统的“集成化、控制智能化、管理数字化和信息桌面化”的总体目标。
综上所述，从安全、经济效益、可靠性、以人文本等角度，建议在今后设计机坪管道监控系统时，考虑将分散的ESD紧急关闭系统、阴极保护系统、阀井的电动阀、压力和水位监测等集成化、智能化，提高其可靠性和稳定性，节省投资，提升机坪监控水平，提高航油运行的安全，保障航油供应，实现安全高效、绿色环保，对今后机坪管道监控系统设计具有一定的参考和借鉴意义。
