PLC在石油化工企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、 收稿日期 :2003203222作者簡(jiǎn)介 :姜文東 (1970- , 男 , 遼寧撫順人 , 朝鮮族 ,1992年 畢業(yè)于沈陽(yáng)化工學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) , 學(xué)士學(xué)位 , 現(xiàn)在中國(guó)石油撫順石 化分公司石油二廠機(jī)動(dòng)設(shè)備處從事設(shè)備管理工作 , 工程師 , 主要從 事自動(dòng)化設(shè)備、 系統(tǒng)的管理 ;蔡振宇 (1970- , 男 , 遼寧丹東人 , 工作于丹東通博測(cè)控有限 公司系統(tǒng)控制部 , 主要從事儲(chǔ)運(yùn)等自動(dòng)化系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)、 設(shè)計(jì) , 已 發(fā)表論文 1篇 。PLC 在石油化工企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用姜文東 1, 蔡振宇 2, 趙素艷 2(11中國(guó)石油撫順石化分公司石油二廠 機(jī)動(dòng)設(shè)備處 , 遼寧 撫順 113

2、000;21丹東市通博測(cè)控有限公司 , 遼寧 丹東 118008 摘要 :介紹了儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成 , 詳細(xì)介紹了 PLC 在油品儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng) 罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí) 行機(jī)構(gòu)動(dòng)作監(jiān)控方面的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 :油品儲(chǔ)運(yùn) ; 可編程控制器 ; 數(shù)據(jù)采集 ; 數(shù)字濾波 ; 監(jiān)控 ; 油品調(diào)合 中圖分類(lèi)號(hào) :TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :B 文章編號(hào) :100727324(2003 0420070203Application of PLC in Oil Storage and TJ IAN G Wen 2dong 1,CAI 2(1. Dandong Tongbo ,China ;2. CNP

3、C ,113000,China Abstract :The composition of automatic system is introduced. PLC applica 2 tion in collecting performance and action in oil storage and transportation automatic system i. e. in system is presented.K eyw ords :Oil transportation ; PLC ;data collection ;digital filtration ;monitoring ;

4、oil tempering 油品儲(chǔ)運(yùn)在石油化工企業(yè)是一個(gè)不可缺少的重要環(huán)節(jié) , 它是一門(mén)綜合性的工程科學(xué) , 涉及面廣 ,不同的企業(yè)和部門(mén)要求的知識(shí)面也有所區(qū)別 。例如民用油品儲(chǔ)運(yùn)與軍用油品儲(chǔ)運(yùn) , 礦場(chǎng)石油儲(chǔ)運(yùn)與煉油廠油品儲(chǔ)運(yùn) , 雖然它們的基本理論大體相同 ,但在設(shè)備和技術(shù)措施上各有特點(diǎn) 。 同時(shí) , 油品儲(chǔ)運(yùn)業(yè)務(wù)非常廣泛 , 例如液態(tài)介質(zhì) (如原油 、 成品油 、 渣油等 的存儲(chǔ) 、 計(jì)量 、 核算和管理等工作都是儲(chǔ)運(yùn)業(yè)務(wù)的重要組成部分 , 事實(shí)證明提高儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化及管理水平對(duì)石油化工企業(yè)用戶(hù)減少損耗 、 降低成本 、增加效益具有明顯的作用 。1 儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)的組成石油化工企業(yè)的儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)

5、化系統(tǒng)分為鶴管裝卸車(chē)控制及銷(xiāo)售管理自動(dòng)化系統(tǒng) , 罐區(qū)監(jiān)控管理系統(tǒng) (含油品在線調(diào)合 , 有的還包括儲(chǔ)運(yùn)污水處理監(jiān)控管理系統(tǒng) , 該系統(tǒng)組成如圖 1所示 。 其中罐區(qū)自動(dòng)化的水平基本代表了儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)總體的自動(dòng)化水平 。 因?yàn)閮?chǔ)罐乃至整個(gè)罐區(qū)的監(jiān)控與管理是儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)中最基本的工作內(nèi)容 。筆者以 PLC (可編程序控制器 在罐區(qū)監(jiān)控管理系統(tǒng)中的應(yīng)用為例 , 簡(jiǎn)要介紹 PLC 在儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用 。圖 1 儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)組成圖計(jì)算機(jī)應(yīng)用 石 油 化 工 自 動(dòng) 化 , 2003, 4:70 AU TOMATION IN PETRO 2CHEMICAL INDUSTR Y2 PLC 在罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中

6、的應(yīng)用PLC 主要對(duì)罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集 , 并將 采集到的數(shù)據(jù)傳至上位機(jī) , 同時(shí)接受上位機(jī)發(fā)出的 指令對(duì)罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制 , 罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)采 集的信號(hào)種類(lèi)比較多 , 包括 ; 開(kāi)關(guān)量 (如電磁閥回訊 及各類(lèi)報(bào)警信號(hào)的輸出等 、 標(biāo)準(zhǔn)的模擬量信號(hào) (如 可燃?xì)怏w報(bào)警器等現(xiàn)場(chǎng)各種變送器的信號(hào) 、 脈沖 信號(hào) (如刮板 、 渦輪等流量計(jì)的信號(hào) 、 數(shù)字信號(hào) (如 質(zhì)量流量計(jì) 、 液位計(jì)的信號(hào) 等 ?？刂戚敵鲂盘?hào)有 開(kāi)關(guān)量 、 模擬量和 PID 調(diào)節(jié)的模擬量等 。PLC 主要技術(shù)指標(biāo)如下 。a 輸入指標(biāo)以下所提檢測(cè)精度 , 均指系統(tǒng)本身 , 不包括傳 感器和變送器 。1 數(shù)字檢測(cè) :無(wú)附加

7、誤差 。 兼容帶各種通訊協(xié) 議的數(shù)字輸出變送器 。 如鋼帶液位計(jì) 、 質(zhì)量流量計(jì) 等 。2 模擬量檢測(cè) :精度優(yōu)于 ±011%。 420 DC ,020mA DC ,15V DC ,0的變送器 。3 :50kHz , V 。如渦輪 、 腰輪 、 齒 輪 、 刮板等流量計(jì)b 開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)均以開(kāi)關(guān)量形式讀入 , 無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) , 容量為 24V ,500mA DC 。 如閥位及泵開(kāi)關(guān)狀態(tài)和液位開(kāi) 關(guān) 、 氣體報(bào)警開(kāi)關(guān)等 。c 輸出指標(biāo)1 控制信號(hào)輸出 :無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) , 容量為 24V 500mA DC 。2 420mA DC ,15V DC ,010V DC 模 擬量輸出和比率 PID 調(diào)

8、節(jié)輸出 。用 PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集一般有兩種方法 。 一是 定時(shí)采集 , 就是按照采樣時(shí)間 , 分別采集被控對(duì)象 的數(shù)據(jù) , 并存入數(shù)據(jù)區(qū) ; 二是變化采集 , 即跟蹤被采 集量 , 視其變化情況 , 若變化值超過(guò)其使用精度 , 則 采集 , 并同時(shí)記下采集時(shí)間 。 如果被采集的量變化 不大 , 用變化采集可節(jié)省數(shù)據(jù)區(qū) 。在儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)系統(tǒng)中 , 對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)的采 集采用的是定時(shí)采集 , 每 500ms 為一個(gè)采集周期 , 圖 2所示為其中一路模擬量信號(hào)的定時(shí)采集的梯 形圖 。 這里的 T011為定時(shí)器 , 每 500ms 把 30001通道 (要采集數(shù)據(jù)的通道 的內(nèi)容存于以 40020為

9、指針的數(shù)據(jù)區(qū)中 , 存后指針加 1, 指針加 1后再判 斷指針是否超出數(shù)據(jù)范圍 , 若超 , 則把 00000再賦 給指針 , 即令其再?gòu)拇鎯?chǔ)區(qū)開(kāi)始處存數(shù) 。圖 2 定時(shí)采集梯形圖對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)儀表輸出的脈沖量 , PLC 將其當(dāng)成 高速計(jì)數(shù)輸入 , , 利用 PLC 將 。(如液 , 為了保證系統(tǒng)采 , 信 PLC 的 ASC 模塊 (即 PLC 專(zhuān)用的高級(jí)語(yǔ)言模塊 , 以串序的方式與現(xiàn)場(chǎng)不同 ASC 裝置溝通 , 這樣數(shù)字信號(hào)就與其他常規(guī)的 I/O 信號(hào) (DI , DO , A I , A O , F , I , D 等 一起 , 由 PLC 統(tǒng)一采集和控制 , 日后構(gòu)成計(jì)算機(jī)冗余系統(tǒng) 就比較

10、容易了 。還有在采集數(shù)據(jù)中避免干擾的問(wèn)題 , 對(duì)于采集 的脈沖量 , 一般采取定時(shí)中斷的辦法執(zhí)行采集子程 序 , 主要是避免丟失脈沖 。若采集的是模擬量 , 一 般可通過(guò)程序進(jìn)行數(shù)字濾波 , 克服干擾 。 濾波的方 法很多 , 可以求平均值 , 也可加權(quán)平均等 。圖 3所 示為其中一路模擬量信號(hào)采用求平均值法進(jìn)行濾 波采集的梯形圖 , 程序中通過(guò) 5個(gè)周期連續(xù)采集 5次數(shù)據(jù) , 存于 40021至 40025單元中 , 然后對(duì) 5個(gè) 數(shù)據(jù)求和并作平均 , 并以其值作為采集數(shù)即為濾波 后的值 , 存于 40060單元 (余數(shù)在 40062單元 。 對(duì)罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行可靠的控制和監(jiān)控 , 特別

11、是罐區(qū)每個(gè)儲(chǔ)罐的收油 、 付油 、 循環(huán) 、 注水等重 要閥門(mén)的控制執(zhí)行和監(jiān)控是罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中最基 本 、 也是最重要的工作內(nèi)容 。采用 PLC 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行元件進(jìn)行監(jiān)控有兩種方 法 。 一是用 “看門(mén)狗” (Watching dog ; 二是用動(dòng)作 反應(yīng)檢測(cè) 。 這兩種方法本質(zhì)上是相同的 , 一種是看 在給定的時(shí)間內(nèi)動(dòng)作完成了沒(méi)有 ; 而另一種不太考 慮延時(shí) , 只看動(dòng)作執(zhí)行了沒(méi)有 。 兩者的邏輯關(guān)系并 無(wú)兩樣 , 只是一個(gè)用步的正常時(shí)間監(jiān)控 , 不必讀回 訊信號(hào) , 不增加可編程序控制器的 I/O 點(diǎn) , 比較容 易實(shí)現(xiàn) , 圖 4所示為這種監(jiān)控的梯形圖 。而另一個(gè)則要有反饋的回訊信號(hào) ,

12、要增加 I/O 17第 4期 姜文東等 1PLC 在石油化工企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用 點(diǎn) , 但可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 , 圖 5所示為這種監(jiān)控的梯 形圖 。 圖 5 動(dòng)作反應(yīng)檢測(cè)梯形圖罐區(qū)儲(chǔ)罐的控制閥因?yàn)楦舯脑虿捎脷鈩?dòng) 閥門(mén) , 通過(guò)電磁閥對(duì)其進(jìn)行控制 。 因此在罐區(qū)監(jiān)控 系統(tǒng)中對(duì)罐區(qū)儲(chǔ)罐閥門(mén)的監(jiān)控采用了動(dòng)作反應(yīng)檢 測(cè)和 “ 看門(mén)狗” 檢測(cè)相結(jié)合的方法 , 在氣動(dòng)閥開(kāi)啟或 關(guān)閉時(shí) , 都同時(shí)檢測(cè)氣動(dòng)閥的兩點(diǎn)回訊反饋 (氣動(dòng) 閥的回訊反饋原理請(qǐng)參閱有關(guān)說(shuō)明書(shū) , 不在這里敘 述 , 通過(guò) PLC 編程 , 使氣動(dòng)閥的兩點(diǎn)回訊形成一 定的邏輯關(guān)系 , 使氣動(dòng)閥的控制執(zhí)行和監(jiān)控更加可靠 , 達(dá)到零失

13、誤 。 圖 6所示是采用這種邏輯方式監(jiān)控一個(gè)氣動(dòng)閥的梯形圖 。其中 00001為電磁閥線 圈 ;10002,10003為氣動(dòng)閥回訊反饋動(dòng)作 ; 00008 , 00016為回訊報(bào)警 。圖 6 兩點(diǎn)回訊形成一定邏輯關(guān)系的監(jiān)控梯形圖以上都屬于開(kāi)關(guān)量檢測(cè)范疇 。如果工作現(xiàn)場(chǎng) 有條件的話 ,PLC 還可以對(duì)模擬量進(jìn)行監(jiān)控 , 辦法 是冗余 , 對(duì)兩個(gè)測(cè)量值進(jìn)行比較 , 視其偏差是否在(下轉(zhuǎn)第 106頁(yè) 27石油化工自動(dòng)化 2003年原 SHARE :ZY JL S -COU T :IN :FRCA505-AIN 1LAI現(xiàn) : ZFZ B-CALC 1BO02現(xiàn) SHARE :ZFZ B-CALC :

14、B I10:DEV ICE -LOC K 1CIN B I11:FRCA505-AIN. LAI B I12:FECA114-AIN. LAI加入如下語(yǔ)句STEP 36CSTSTEP 37IN B I11STEP 38IN B I12STEP 39ANDSTEP 40OU T BO03STEP 41CSTSTEP 42IN B I10STEP 43IN BO03STEP 44ORSTEP 45OU T BO02STEP 46END3 聯(lián)鎖的切除, 或者 “禁止報(bào)警” 即可 。4 經(jīng)濟(jì)效益增壓機(jī)聯(lián)鎖方案的修正及其具有的使用價(jià)值 有兩個(gè)方面 。一方面 , 在新方案下 , 增壓機(jī)聯(lián)鎖的 執(zhí)行要比原方

15、案下執(zhí)行提前 48s , 這樣不僅防止 了大型機(jī)組的喘振的發(fā)生 , 保證了大型機(jī)組的安 全 , 而且 , 防止了反應(yīng)裝置的催化劑倒流 , 催化劑悶 床 , 催化劑堵塞工藝管線和儀表引壓風(fēng)線 , 保護(hù)了 裝置本體的安全和儀表設(shè)備等的安全 ; 另一方面 , 新方案不僅采用了主風(fēng)低流量信號(hào) , 而且還采用了 裝置自保信號(hào) , 這樣不僅使得增壓機(jī)聯(lián)鎖幾乎與大 型機(jī)組聯(lián)鎖 (機(jī)組擺閥位 同時(shí)進(jìn)行 , 而且可以避免 象主風(fēng)低流量信號(hào) (FRCA 2505和 FRCA 2114 參數(shù) 設(shè)定值的改變等人為因素而造成的不良后果的發(fā) 生 。 因而 , 新方案增加了增壓機(jī)聯(lián)鎖執(zhí)行的可靠 性 。增壓機(jī)聯(lián)鎖方案的修正

16、, 其經(jīng)濟(jì)效益十分明 顯 。 舉一例便明顯得知 。 在 12月 9日 , 該 , 增壓 ,h , 沒(méi)有出現(xiàn)催化劑倒 。 這不僅 , 而且也已經(jīng)從中得到了可觀 的經(jīng)濟(jì)效益 。5 結(jié)束語(yǔ)2000年 1月 , 筆者按照總廠要求優(yōu)化增壓機(jī) 聯(lián)鎖控制程序后 , 運(yùn)行一年多 , 從沒(méi)發(fā)生過(guò)一次因 儀表原因誤停機(jī) 。如果生產(chǎn)需要切除 , 只需將相應(yīng)的信號(hào)輸入塊 置手動(dòng)并賦一假值 , 或者將相應(yīng)的信號(hào)輸入塊的報(bào) 警狀態(tài)置為 “ 禁止報(bào)警” 即可 。(上接第 72頁(yè) 允許的范圍內(nèi) , 若超過(guò)允許范圍 , 再判斷是否處于 允許的時(shí)間之內(nèi) , 如既超過(guò)允許誤差范圍 , 又超過(guò) 允許的超差時(shí)間 , 即說(shuō)明其中之一必有故障 。 在罐區(qū)油品調(diào)合的處理中 , 系統(tǒng)采用的是多組 分配比調(diào)節(jié) 。 PLC 接受上位機(jī)設(shè)定的 PID 系數(shù) , 使用 PLC 本身的 PID 指令控制 D/A 模塊的模擬 量輸出 , 分別控制主管線流量調(diào)節(jié)器和副管線流量 調(diào)節(jié)器 , 根據(jù)預(yù)定的調(diào)合數(shù)學(xué)模型和調(diào)節(jié)方式進(jìn)行 實(shí)時(shí)計(jì)算和控制 。 在裝有質(zhì)量分析儀表的場(chǎng)合 , 質(zhì) 量分析儀的信號(hào)直接由 PLC 采集 , 經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理 后在線修正調(diào)合過(guò)程的各組分比率 , 可確保調(diào)合成