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基于PLC的輸油管道站點控制

文檔作者：舒暉翔何雪濤楊衛(wèi)民文檔來源：北京化工大學機電工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月26日
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‘PLC&amp;amp;FA)2007年9月 PLC．工控機與集散控制系統(tǒng)
PLC }PC ＆ DCS
基于PLC的輸油管道站點控制
PLC—based Automatic Control System for the Petroleum Pipelines
北京化工大學機電工程學院舒暉翔何雪濤楊衛(wèi)民
Shu Huixiang He Xuetao Yang Weimin
摘 要：介紹說}1』1 J 艋 控制 數(shù)據(jù)采集(SC'ADA)系統(tǒng)的結構、功能、以及組成SCADA的備部分軟硬什、
感器變送 、n丁編程邏輯控制器(PLC)的概念、 刪 特點。本波汁利川 產 態(tài)軟件 態(tài) Ii， 對
拄制系統(tǒng)實觀紺態(tài) 爾和控制．吱現(xiàn)戰(zhàn)晶油管道輸送系統(tǒng)的門動控制。
關鍵涮：SCADA PLC 組念軟什
Abstract：This paper introduces the al‘chitecture and function of SCADA．the ha, dware and software of SCSDA．transducer．
Programmable logic controller(PLC)，principle and features are initiated in the following．It also introduces the applica—
tion and design of Kingview．a domestic industrial automation software，in a detecting systems of pipelines、This
project implemented the demand that control for the pipelines．
Key words：SCADA PLC Industrial automation software
i1割分類 ‘l TP273 I炙獻標識碼l B 義啦編 l606—5l 23(2007)09—0052—04
l 引言
隨著輸油管道技術的發(fā)展，輸油方式由敞開式發(fā)展
到密閉輸送式，控制方式由人工單元控制發(fā)展到衛(wèi)星通
訊系~(VSAT)與智能化集中(SCADA)相結合的現(xiàn)代體系¨】。
本文中管道站點的功能與作用有：根據(jù)油料密度的
不同，不同的油料具有不同的密度(93#汽油、90#汽油、
柴油的密度依次遞增，從約715千克／立方米增加到約825
千克／立方米)，對管道來油品種進行判定；控制不同的
閘閥，決定來油的管道走向， 是入庫儲存還是送入下一
站點；對油庫的儲油量(油庫液位)進行檢測；對油庫
管道區(qū)空氣成分進行檢測，以避免或早期發(fā)現(xiàn)油料泄漏，
防止發(fā)生火災爆炸事故。管道站點工藝流程如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件配置
2．1管道檢測元件
(1)壓力傳感器。對上一站點的來油壓力進行監(jiān)測，
以便對系統(tǒng)做出保護，并且可以自動調整管道內的壓力。
圖1 管道站點工藝流程圖
(2)流量傳感器。對管道傳送的油料流量進行測量。
(3)密度傳感器。根據(jù)油料密度的不同來確定的判
斷油料成分， 決定來油的管道走向。
(4)液位傳感器。對油庫與油罐中的油料體積即油
庫與油罐中的液位進行監(jiān)測。避免出現(xiàn)油料溢出或其
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PLC． 工控機與集散控制系統(tǒng)
PLC IPC ＆ OCS
表1 各觸點動作與信號關系
{PLC&amp;amp;FA} 2007年9月
觸點號 對應狀態(tài)信號 觸點號 對應狀態(tài)信號 觸點號 對應狀態(tài)信號
X0 上站來油 Xl 上站停止來油 X2 上站來油為93#汽油
X3 上站停止來93#汽油 X4 上站來油為90#汽油 X5 上站停止來90#汽油
X6 上站來油為柴油 X7 上站停止來柴油 X29 閥1 01狀態(tài)為關
X30 閥104狀態(tài)為開 X3l 閥1 04狀態(tài)為關 X32 閥105狀態(tài)為開
X33 閥105狀態(tài)為關 X34 閥1 06狀態(tài)為開 X35 閥1 06狀態(tài)為關
X36 閥1 07狀態(tài)為開 X37 閥1 07狀態(tài)為關 X39 閥108狀態(tài)為關
X54 閥501狀態(tài)為開 X55 閥501狀態(tài)為關 X56 閥502狀態(tài)為開
X57 閥502狀態(tài)為關 X58 閥1 01出現(xiàn)故障 X59 閥104出現(xiàn)故障
X60 閥1 05出現(xiàn)故障 X6l 閥1 06出現(xiàn)故障 X7l 閥501出現(xiàn)故障
X72 閥502出現(xiàn)故障
他意外故障。
(5)氣體分析器。在油庫、管道區(qū)對空氣成分進行
檢測， 以避免或早期發(fā)現(xiàn)油料泄漏， 防止發(fā)生火災爆炸
事故。
2-2電動閘閥控制器
控制系統(tǒng)中通過電動閘閥控制器來對電動閘閥實
現(xiàn)控制。管道中的電動閘閥除了能開閉之外， 還有信息
反饋， 如： 閥位(即閥是開啟狀態(tài)還是關閉狀態(tài))、閘
閥故障檢測等。
2．3 PLC的配置
(1)PLC基本單元。FX2N 系列PLC是三菱FX系列
中最高級的模塊。FX2N是從16到256路輸入／輸出的
多種應用的選擇方案。FX2N系列PLC基本單元最多擁
有1 28個I／O接El，輸入、輸出各有64個。
(2)PLC輸入／輸出擴展模塊。在上一部分中， 已
經(jīng)提到FX2N-128MT型號的PLC基本單元只有128個I／
o接El，輸入、輸出各64個。無法完全滿足設計要求。
PLC基本元件輸出點數(shù)64個滿足使用要求， 但輸入點
不夠，所以需要為它選擇輸入擴展模塊，使其能達到
設計要求。
Fx系列PLC的輸入／輸出擴展模塊有許多種，但考
慮到實際需要，以及安裝方便與成本的因素，決定選擇
FX2N一16EX輸入模塊1個。FX2N-16EX輸入模塊有l(wèi)6個
輸入口。
3 管道站點控制
在我們設計的內容中， 現(xiàn)場儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)對控制
系統(tǒng)的作用可以按其控制有無反饋分成兩類， 一為具
有反饋控制的；二為無反饋，只是向上位機傳送數(shù)據(jù) 。
3．1無反饋型開環(huán)控制回路
設計系統(tǒng)中， 沒有反饋的控制回路有許多， 包括：
來油口氣體分析報警、閥區(qū)氣體分析報警、測量來油流
量、測量泵潤滑油液位等。這些傳感器得到的數(shù)據(jù)僅僅
傳送到計算機而已，不直接對系統(tǒng)動作做出控制。因為
無反饋控制回路比較簡單， 僅在下面給出一個有反饋
的控制回路圖。
3．2有反饋閉環(huán)控制回路
設計系統(tǒng)中具有反饋的閉環(huán)控制回路有測量來油
密度、測量汽油混油罐液位、測量來油El壓力等。這些
傳感器得到的數(shù)據(jù)不僅僅傳送到計算機， 而且要通過
與預設值比較判斷， 并自動作出控制動作。
這一類的控制回路也基本一致， 所以在這里我們
只以測量瀉壓罐液位的回路圖(圖2)來說明?，F(xiàn)場液
位檢測儀表LT40602是一個液位傳感器，它得到的分析
數(shù)據(jù)分兩路。一路將數(shù)據(jù)傳人操作臺顯示或報警， 另有
一路數(shù)據(jù)與預設值比較判斷， 再將得出的數(shù)據(jù)(即控制
指令)利用簡單的比例控制來控制電動閘閥1 17和電動
閘閥1 18的控制器LY041 17和LY041 18。從而實現(xiàn)對管道
的自動控制。
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(PLC&amp;amp;Fk)2007年9月 PLC．工控機與集散控制系統(tǒng)
PLC IPC ＆ DCS
4 PLC控制程序
針對不同的來油種類以及工藝要求， 對應著不同
的PLC控制程序。
限于篇幅本文僅給出來油為單一90#汽油，93#
汽油或柴油， 不考慮來油為混油的情況。這一部分管道
的工藝流程總結如下：
上站來油一502／501—104—93#汽油儲罐?；蛘撸?
站來油一502／501一l05—90#汽油儲罐。或者：上站
來油一502／50l一106一柴油儲罐。
4．1開關量輸入輸出定義c表1、表2
表2 線圈(繼電器)與閘閥電機控制器開關對應關系
線圈(繼 控制的泵電機與 線圈(繼 控制的泵電機與
電器)號 閘閥及其動作 電器)號 閘閥及其動作
Y0 閥101開啟 Y1 閥101關閉
Y2 閥104開啟 Y3 閥104關閉
Y4 閥105開啟 Y5 閥105關閉
Y6 閥106開啟 Y7 閥106關閉
Y26 閥501開啟 Y27 閥50l關閉
Y28 閥502開啟 Y29 閥502關閉
4．2 PLC程序設計I圖3
圖3 PLC程序設計圖
關閉
關閉
梯形圖對應的PLC程序如下(圖4)。
0 X0 23 ^NI X57 45 AND X37
1 1．c № 24 吼rr Y29 46 AND X39
2 SP M100 25 U)I X71 47 ANI X60
3 U)I X58 26 ANI X55 48 ^NI X32
4 ANI X43 27 吼rr Y27 49 0UT Y4
5 0UT Y0 28 l R M101 50 LD X5
6 LDI X72 29 LD X2 51 0R Y5
7 ANI X56 3O AND X33 52 ANI 60
8 0UT Y28 31 ^ND X35 53 ANI 33
9 LD X72 32 AND X37 54 0UT Y5
10 ^皿X57 33 AND X39 55 U) X6
11 0R Y26 34 ^NI X59 56 AND X3
12 ^NI X71 35 ANI X3o 57 ^ND X3
13 ^NI X54 36 0UT Y2 58 ^ND X3
14 oI盯Y26 37 U } X3 59 AND X3
15 l R N0 38 0R Y3 60 ANI X6
16 U) X1 39 ANI 59 61 ANI X3
17 1．c № 40 ANI 31 62 吼rr Y6
18 SP M101 41 Y3 63 LD X7
19 U)I X58 42 U) X4 64 OR Y7
20 ANI X29 43 AND X31 65 ANI 60
21 0UT Y1 44 AND X35 66 ANI 35
22 U)I X72 67 0UT Y7
圖4 梯形圖
5 組態(tài)顯示與控制
隨著工業(yè)自動化先進技術的推廣應用， 眾多軟件
公司推出了各種不同的組態(tài)軟件， 將一些繁重而又
重復的圖形編輯工作交給組態(tài)軟件去完成， 而開發(fā)
人員的工作則主要集中在數(shù)據(jù)流的分上， 從而大大
提高了系統(tǒng)軟件的開發(fā)速度和可靠性。組態(tài)王
(KingView)是目前國內比較流行的一種國產工業(yè)自動
化通用組態(tài)軟件，適用于中小規(guī)模工業(yè)監(jiān)控機， 價格
低廉。其擴展性強， 可與管理計算機或控制計算機聯(lián)
網(wǎng)通信【 。
全部的畫面顯示層次設計成菜單選擇， 并可單鍵完
成從一個畫面到另一畫面的轉換。初始的畫面應顯示整
個管線的總貌， 包括主要的站場、設備及管線。調度員
應能通過鍵盤及鼠標(指針控制)交互式改變站的操作
參數(shù)，停某一泵單元， 開／關閥門，改變各站操作設定
點，改變報警給定值， 改變站的操作方式。畫面上應有
動態(tài)的數(shù)據(jù)／命令輸入?yún)^(qū)域，并可以接受操作員的輸入
以改變系統(tǒng)參數(shù)、啟／停泵單元以及改變操作模式。
本控制的調度控制中心主站計算機系統(tǒng)每個操作
站均應配置能提供圖形或表格顯示的軟件。反映站操
作方式、泵狀態(tài)、數(shù)據(jù)性質、報警狀態(tài)及數(shù)值狀態(tài)等信
息。全部的畫面顯示層次設計成菜單選擇， 并可單鍵完
成從一個畫面到另一畫面的轉換。初始的畫面應顯示
整個管線的總貌， 包括主要的站場、設備及管線。
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PLC．工控機與集散控制系統(tǒng)
PLC IPC ＆ DCS
圖5 總態(tài)顯示
圖6 趨勢顯示與報警
6 結束語
利用基于PLC的監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集(SCADA)系
統(tǒng)與組態(tài)顯示控制系統(tǒng)集成方案，項目設計具有技術
先進經(jīng)濟合理的特點，對成品油管道輸送系統(tǒng)的自動
控制提出了一種可行的自動監(jiān)控技術。
作者簡介
舒暉翔 男 在讀碩士研究生 研究方向：機電一
體化技術。
(PLC&amp;amp;FA) 2007年9月
— ? — ? — ? — ? — 一— 一
(上接第42頁)
際的隨動跟蹤結果參見圖3歷史記錄，可見跟蹤響應非
常及時， 而且控制也很穩(wěn)定。
4 主要功能及特點
4．1整體功能提升
本系統(tǒng)采用的是SAIA PCD過程控制設備作為系統(tǒng)
的核心，并配置了SIEMATIC軟件包，既保證了硬件體系
的高標準， 又保證了軟件體系的兼容性， 同時在上位軟
件采用腳本， 保證了新系統(tǒng)與原有系統(tǒng)操作人機界面
風格一致性。
4，2人機界面風格
菜單操作模式：操作站人機界；動態(tài)流程圖畫面；
控制組畫面；調整畫面；儀表一覽畫面；歷史記錄畫面；
報警一覽畫面等。
5 結束語
在過程控制領域中， 隨動控制，特別是對于具有快
速反應的流量控制，對控制系統(tǒng)的處理能力、處理速度
都有較高的要求，傳統(tǒng)意義上的回路控制存在跟蹤速
度慢的問題， 難以適應快速反應過程的快速流量跟蹤
要求。SAIA PCD過程控制設備無論從復雜的數(shù)學運算
到CPU執(zhí)行速度、系統(tǒng)內存都具有獨到之處， 體現(xiàn)出
較好的基礎解決方案。
實踐證明，在氰化鈉裝置上基于SAIA PCD．XX7過
程控制設備開發(fā)的流量隨動控制算法具有控制穩(wěn)定、
跟蹤速度塊，完全滿足了工藝要求，保證了生產過程的
高效、穩(wěn)定，提升了產品品質，具有很好的實際推廣應
用價值。
作者簡介
俞世清 現(xiàn)供職于深圳惠朋星自動化系統(tǒng)有限公司。
參考文獻(略)
參考文獻
【1l】吳紅剛，靳春義，陳廣清等 原油順序輸送工藝在東黃復線上的應用．油 ．
氣儲運，2004，23(9)：11-15
【21董景新，趙長德．控制工程基礎．北京：清華大學出版社，2000：1-36

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