利用PLC如何實(shí)現(xiàn)原油自動計量工作？
引 言
在石油行業(yè)的原油管道輸送過程中,各企業(yè)之間需要進(jìn)行原油交接,因此流量計使用比較廣泛。而計量精度則是一個關(guān)鍵參數(shù),它關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和信譽(yù)。近年來,隨著工業(yè)控制技術(shù)的飛速發(fā)展,可編程控制器(PLC) 廣泛進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域,并增加了一些專用控制功能,例如PID 調(diào)節(jié)功能、伺服功能、高速計數(shù)(HSC) 功能等,又具有較高的可靠性,使得利用PLC實(shí)現(xiàn)原油自動計量成為可能。為此,我們利用工業(yè)計算機(jī)( IPC) 和PLC 構(gòu)成新型的集散式原油自動計量系統(tǒng)。此系統(tǒng)可通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至控制中心。PLC不僅能正確對原油進(jìn)行自動計量，現(xiàn)如今在干燥行業(yè)也應(yīng)用廣泛，如真空干燥箱利用PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備真空度分段編程，精度高，穩(wěn)定性好。
系統(tǒng)工作原理與硬件配置
運(yùn)用管道輸油時,通過現(xiàn)場控制室PLC 打開/ 關(guān)閉相應(yīng)的電動閥,進(jìn)行流程切換,使相應(yīng)的流量計投入運(yùn)行。由流量計發(fā)信器將脈沖傳遞到PLC ,PLC 利用高速計數(shù)模塊采集流量計發(fā)出的脈沖數(shù),并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的容積值。同時,PLC 將實(shí)時采集流體的壓力和溫度(分別由壓力變送器和溫度變送器提供) ,所有數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)送入上位IPC , IPC 結(jié)合流體實(shí)時壓力、溫度值調(diào)用原油計量表數(shù)據(jù)庫,將測得的累積量值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(20℃,101 325 Pa) 的累積量值,并將數(shù)據(jù)存儲在IPC 的硬盤上。而且, IPC 可以驅(qū)動打印機(jī)打印出計量報告。
控制系統(tǒng)的軟、硬件配置
控制系統(tǒng)主要由一次設(shè)備、二次設(shè)備以及控制體和軟件構(gòu)成。一次設(shè)備主要包括壓力表、溫度計、流量計等;二次設(shè)備主要包括溫度變送器、壓力變送器、脈沖發(fā)信器、電動閥等;控制體主要包括PLC、IPC(配置網(wǎng)卡) 、打印機(jī)、集線器及應(yīng)用軟件等 。
硬件部分
(1) IPC:為保證系統(tǒng)的高度可靠性,選用了目前國內(nèi)應(yīng)用較多的Dell GX260 型計算機(jī)。具體配置為:P Ⅲ1. 7 GHz CPU、256 MB 內(nèi)存、40 GB 硬盤、SON Y21 英寸純平顯示器、64 MB 顯卡、聲卡及音箱(報警和提示用) 等。
(2) PLC:選用美國Rockwell 公司的A2B PLC 作為系統(tǒng)的控制核心,其特點(diǎn)是可靠性高、功能強(qiáng)、可擴(kuò)展性好。具體配置如下:CPU 為17472L551B (內(nèi)置以太網(wǎng)通信口) ;模擬量輸入(AI) 模塊選用17462NI4 ,它具有4 個高電平模擬輸入端,可輸入4 mA～20 mA 等標(biāo)準(zhǔn)信號,12 位A/ D 轉(zhuǎn)換精度,具有輸入超調(diào)監(jiān)控功能和測量濾波抗干擾功能; 模擬量輸出(AO) 模塊選用17462NO4 I ,它有4 個模擬輸出端,無需外部電源,可輸出各種標(biāo)準(zhǔn)信號,包括0 mA～20 mA、4 mA～20mA、±10 V 等信號;開關(guān)量輸入(DI) 模塊選用17462I×16 ,它具有單端隔離的16 路24 V DC 輸入,所有的輸入均配有濾波器,能夠保證大0. 1 ms 的抗擾性,濾除線電源干擾;開關(guān)量輸出(DO) 模塊選用17462O×16 ,它具有8 路繼電器輸出,內(nèi)部提供過載和短路保護(hù),并具有通道故障自診斷功能;HSC 模塊選用17462HSCE ,可計數(shù)大頻率為40 kHz 的脈沖,實(shí)現(xiàn)向上計數(shù)、向下計數(shù)或向上/ 向下計數(shù)。
(3) 溫度壓力儀表:溫度變送器及壓力變送器均能夠提供4 mA～20 mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號。
(4) 電動閥:可通過直流24 V 的開關(guān)量輸出,控制電動閥的全開或全關(guān),同時,電動閥提供無源的位置信號輸出和狀態(tài)信號輸出。
(5) 網(wǎng)絡(luò)功能:根據(jù)設(shè)計中現(xiàn)場數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)視的要求,在每臺IPC 中各配置了1 塊網(wǎng)卡, PLC 與IPC 之間、IPC 與IPC 之間采用抗干擾能力較強(qiáng)的五類屏蔽雙絞線建立以太網(wǎng)。考慮到現(xiàn)場計量間距離調(diào)度室較遠(yuǎn),在線路中間加入了3COM 公司的8 通道高速集線器,以保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。
(6) 流量儀表:采用日本OVAL 公司的UF2 Ⅱ型轉(zhuǎn)子流量計,它具有精度高、流量范圍寬、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。流量計現(xiàn)場部分配有不歸零計數(shù)器和調(diào)整器,流量轉(zhuǎn)換和變送部分為OVAL 公司的PG30EP 型脈沖發(fā)信器。
軟件部分
系統(tǒng)的軟件主要包括平臺軟件、PLC 編程軟件和IPC 組態(tài)軟件。
(1) 系統(tǒng)平臺軟件:采用Windows 2000 作為系統(tǒng)平臺,設(shè)置了系統(tǒng)密碼和操作員指令,屏蔽了軟件的某些功能,以限制系統(tǒng)的操作,防止非法用戶進(jìn)入系統(tǒng)。
(2) IPC 組態(tài)軟件:選用澳大利亞西亞特公司的工控軟件Citect 5. 0 ,該軟件可運(yùn)行于WindowsNT/ 2000 平臺,具有采樣速度快、實(shí)時性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn),組態(tài)方便,報警方式多樣,實(shí)時、歷史趨勢曲線制作簡單,能夠與其它應(yīng)用軟件例如VB、VC、VF 、Excel 等實(shí)現(xiàn)無縫鏈接,靈活、方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)用和報表打印。
(3) PLC 編程軟件:采用A2B 公司的Rslogix 500 ,它是一個基于Windows 環(huán)境的編程軟件套件,A2B 500 系列PLC 使用,支持梯形圖(LD) 、指令語句表( IL) 、順序功能圖(SFC) 等多種語言模式,具有在線編程、診斷和在線仿真調(diào)試等功能,可支持以太網(wǎng)以及DF1 Full Duplex、DH485 、DF1 Half Duplex Marster/Slave 等通信協(xié)議或通信總線。
控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向及軟件流程
數(shù)據(jù)流向
(1) PLC 通過模擬量輸入模塊讀取現(xiàn)場溫度和壓力數(shù)據(jù)(標(biāo)準(zhǔn)4 mA～20 mA 信號) ,按儀表量程的不同,經(jīng)程序運(yùn)算轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的工程量單位;通過高速計數(shù)模塊讀取流量計的脈沖信號,由主程序調(diào)用計量子程序,按照脈沖流量比計算出流量的瞬時值和累積值;通過控制開關(guān)量輸入/ 輸出模塊電動閥的開關(guān),來自動切換流程。
(2) PLC 將采集和計算得到的被檢流量計各項(xiàng)參數(shù)傳輸?shù)絀PC , IPC 結(jié)合流體實(shí)時壓力、溫度值,調(diào)用原油計量表數(shù)據(jù)庫,將測得的累積量值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的累積量值,由IPC 調(diào)用Excel 報表系統(tǒng)進(jìn)行記錄,驅(qū)動打印機(jī)自動打印出計量報表。
(3) IPC 利用通信模塊從PLC 中讀取數(shù)據(jù),將其記錄到本機(jī)的歷史數(shù)據(jù)庫中,應(yīng)用程序讀取并顯示現(xiàn)場數(shù)據(jù)及流量的瞬時值和累積值;同時, PLC 也通過通信模塊讀取和執(zhí)行IPC 的操作指令。
綜上所述,在實(shí)現(xiàn)優(yōu)先編碼器的功能擴(kuò)展時(以T4148 為例) ,設(shè)計方法可歸納為:高位片的使能輸入端作為總的使能輸入端,低位片的使能輸出端作為總的使能輸出端,相鄰兩片之間,高位片的使能輸出端接入低位片的使能輸入端,總的擴(kuò)展端Y EX為各片的擴(kuò)展端邏輯“與”,總的代碼輸出中,低3 位( Z2 , Z1 ,Z0 ) 為各片輸出Y2 、Y1 、Y 0邏輯“與”,高位輸出端必須利用擴(kuò)展端Y EX來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)用4 片T4148 組成32線- 5 線優(yōu)先編碼器時,可按表4 所示,列出擴(kuò)展端與高位代碼輸出的真值表。
結(jié)束語
雖然本文討論的是優(yōu)先編碼器的擴(kuò)展設(shè)計方法,但是對于其它邏輯功能部件的擴(kuò)展,也可依照同樣的思路進(jìn)行。
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