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PLC在石油化工企业储运自动化系统中的应用

信息来源:gkong.biz  时间:2010-04-21  浏览次数:113

  作者:蔡振宇单位:辽宁省丹东市通博测控有限公司
  摘要:介绍了储运自动化系统的构成,详细讲解了PLC在油品储运自动化系统——罐区监控系统中,数据采集和对现场执行机构动作监控方面的应用。
  关键词:油品储运、PLC、 数据采集、数字滤波、监控、油品调合。
  Summary: to introduce the composition of the oil storage and transportation automatic system and to detail PLC application in collecting data and monitoring field performance and action in oil storage and transportation automatic system i.e. in tanks area monitoring system..
  Key words: oil storage and transportation, PLC, data collection, digital filtration, monitoring, oil tempering.
  在石油化工企业的生产与经营过程中,油品储运是一个不可缺少的重要环节,油品储运是一门综合性的工程科学,涉及面广,不同的企业和部门要求的知识面也有所区别,例如民用油品储运与军用油品储运、矿场石油储运与炼油厂油品储运,虽然它们的基本理论大体相同,但在设备和技术措施上各有特点。同时,油品储运业务非常广泛,例如液态介质(如原油、成品油、渣油等)的存储、计量、核算和管理等工作都是储运业务的重要主成部分,事实证明提高储运自动化及管理水平对石油化工企业用户减少损耗、降低成本、增加效益具有明显的作用。
  1、储运自动化系统的组成
  石油化工企业的储运自动化系统分为鹤管装卸车控制及销售管理自动化系统,罐区监控管理系统(含油品在线调合),有的还包括储运污水处理监控管理系统。储运自动化系统框图见图(1)。其中罐区自动化的水平基本代表了储运系统总体的自动化水平。因为围绕储罐乃至整个罐区的监控与管理,是储运作业中最基本的工作内容。我们以PLC(可编程序控制器)在罐区监控管理系统中的应用为例,简要介绍PLC在储运自动化系统中的应用。
  2、PLC在罐区监控系统中的应用
  PLC主要对罐区现场的数据进行采集,并将采集到的数据传至上位机,同时接受上位机发出的指令对罐区现场的执行机构进行控制执行,罐区现场采集的信号种类比较多,包括;开关量(如电磁阀回讯及各类报警信号的输出等)、标准的模拟量信号(如可燃气体报警器等现场各种变送器)、脉冲信号(如刮板、涡轮等流量计)数字信号(如质量流量计、液位计)等。控制输出信号有开关量、模拟量和PID调节的模拟量等。
  PLC主要技术指标:
  输入指标:所提检测精度,均指系统本身,不包括传感器和变送器。以下相同
  (1)数字检测: 无附加误差。
  兼容带各种通讯协议的数字输出变送器。 如钢带液位计、质量流量计等。
  (2)模拟量检测:精度优于±0.1%。
  4—20mADC、0—20mADC、1—5vDC、0—10VDC输出的变送器。
  (3)脉冲量检测:无附加误差。
  最大计数频率50KHz 输入电压 5-24VDC
  如涡轮、腰轮、齿轮、刮板等流量计。
  开关状态检测:
  均以开关量形式读入,无触点开关 容量24V DC500mA。如阀位及泵开关状态和液位开关、气体报警开关等。
  输出指标:
  (1)控制信号输出:
  无触点开关,容量24V DC500mA。
  (2)4—20mADC、1—5vDC、0—10VDC模拟量输出和比率PID调节输出。
  用PLC进行数据采集一般有两种方法:
  一是定时采集,就是按照采样时间,分别采集被控对象的数据,并存入数据区。二是变化采集,即跟踪被采集量,视其变化情况,若变化值超过使用它的精度,则采集,并同时记下采集时间。如果被采集的量变化不大,用变化采集可节省数据区。
  在储运罐区系统中,对于现场模拟量信号的采集采用的是定时采集,每500ms为一个采集周期,如图(2)为其中一路模拟量信号的定时采集的梯形图。这里的T0.1为定时器,每500ms把30001通道(要采集数据的通道)的内容存于以40020为指针的数据区中,存后指针加1,指针加1后再判断指针是否超出数据范围,若超,则把00000再赋给指针,既令其再从存储区开始处存数。
  对于现场仪表输出的脉冲量,PLC当成高速计数输入,用高速计数单元采集,利用PLC定时中断功能计算出采集信号的频率。对于现场通过通信传递的数字仪表信号(如液位计或质量流量计的数字信号),为了保证系统采集数据与现场测量仪表之间没有精度转换误差,信号可由通讯口连接到PLC的ASCII模块(即PLC专用的高级语言模块,以串序的方式与现场不同ASCII装置沟通),这样数字信号就与其它常规的I/O信号(DI、DO、AI、AO、FID等)一起,由PLC统一采集和控制了,日后构成计算机冗余系统就比较容易了。再就是在采集数据中避免干扰的问题,对于采集的脉冲量,一般采取定时中断的办法执行采集子程序,主要是避免丢失脉冲。若采集的为模拟量,一般可通过程序进行数字滤波,克服干扰。滤波的方法很多,可以求平均值,也可加权平均等等。图(3)为其中一路模拟量信号采用求平均值法进行滤波采集的梯形图,程序中通过5个周期连续采集5次数据,存于40021至40025单元中,然后对5个数据求和并作平均,并以其值作为采集数即为滤波后的值,存于40060单元(余数在40062单元)。
  对罐区现场执行机构进行可靠的控制执行和过程监控,特别是罐区每个储罐的收油、付油、循环、注水等重要阀门的控制执行和监控是罐区监控系统中最基本、也是最重要的工作内容。
  采用PLC对现场执行元件进行监控有两种方法:一是用“看门狗”(英文称Watching dog);二是用动作反应检测,这两种方法本质上是相同的,只是,一个是看在给定的时间内动作完成了没有;而另一个不太考虑延时,只看动作执行了没有。两者的逻辑关系并无两样,只是一个用步的正常时间监控,不必读回讯信号,不增加可编程序控制器的I/O点,比较容易实现,图(4)为这种监控的梯形图。
  而另一个则要有反馈的回讯信号,要增加I/O点,但可进行实时监控,图(5)为这种监控的梯形图。
  罐区储罐的控制阀门因为隔爆的原因采用的是气动阀门,是通过电磁阀对其进行控制的。所以在罐区监控系统中对罐区储罐阀门的监控采用了动作反应检测和“看门狗”检测相结合的方法,在气动阀开启或关闭时,都同时检测气动阀的两点回讯反馈(气动阀的回讯反馈原理请参阅有关说明书,不在这里叙述),通过PLC编程,使气动阀的两点回讯形成一定的逻辑关系,使气动阀的控制执行和监控更加可靠,达到零失误。图(6)是采用这种逻辑方式监控一个气动阀的梯形图。其中00001为电磁阀线圈,10002、10003为气动阀回讯反馈动作,00008、00016为回讯报警。
  以上都属于开关量检测范畴。如果工作现场有条件的话,PLC还可以对模拟量进行监控,办法是冗余,用两个传感器,同时采集两个传感器的信号,对两个测量值进行比较,视其偏差是否在允许的范围内,若超过允许范围,再判断是否处于允许的时间之内,如既超过允许误差范围,又超过允许的超差时间,即说明其中之一必有故障。
  在罐区油品调合的处理中,系统采用的是多组份配比调节。 PLC接受上位机设定的PID系数,使用PLC本身的PID指令控制D/A模块的模拟量输出,分别控制主管线流量调节器和副管线流量调节器,根据预定的调合数学模型和调节方式进行实时计算和控制。在装有质量分析仪表的场合,质量分析仪的信号直接由PLC采集,经过运算处理后在线修正调合过程的各组份比率,可确保调合成品的质量。整个调合过程能按照用户所要求的质量和速度进行。
  3、结束语
  事实证明用PLC采集数据和控制执行与用其它采集方式相比,其实时性好,可靠性也高。即使脱离上位机后,PLC仍可按照预定的程序执行,提高了系统的可靠性、安全性,特别是进来新型PLC的数据存储区增大后,采集与存储的数据量可以很大。这样庞大的数据存储区可存储大量的数据,加之PLC本身的控制的可靠、稳定性,使得PLC在储运自动化系统中的应用越来越广泛。

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