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    PLC在石化企业储运装车自动化系统中的应用
    上传作者:08:30:49 system

    云达不莱梅pk沙尔克04 www.wf-gl.com PLC在石化企业储运装车自动化系统中的应用 
    作者:蔡振宇  
    摘要: 论文介绍了石油化工企业的储运自动化系统—鹤管装车自动化控制系统的
    几种类型, 结合作者实际工作经验详细介绍了可编程控制器在集中式和分布式储
    运装车自动化控制系统中对现场流量采集、控制装车阀门动作等方面的不同应
    用。 
    关键词:鹤管、PLC、 水击现象、脉冲、多段电液阀、累计流量。 
    Summary: Introduced the petroleum chemical engineering the business 
    enterprise's  Store  the  conveyance  the  automation-  crane  the  tube  to  pack 
    the applied programmable controller of detailed introduction of actual 
    work  experience  of  the  type  of  several  categories,  knot  cooperator  of  the 
    control  system  of  car  automation  in  the  concentration  type  different  from 
    distribute type Store the conveyance pack the car automation to control 
    the  system  inside  collect  to  the  spot  discharge,  control  pack  the  car  valve 
    the door action to wait of application. 
    Key words:  Stork  Tube  road、Programmable Controller、Water、Iron  ball、Pulse、
    Many stage Electricity Liquid Valve door、Total amount discharge。 
     
    对于石油化工企业及储运油库,其日常的生产原料、生产成品的装车(火车
    罐车、汽车罐车)、码头装船等业务、作业都十分的繁忙。随着社会主义市场经
    济的深入发展,作为石油化工企业物料的供、销枢纽的储运系统,其原始数据成
    为企业管理信息的关键来源。只有实现储运自动化,才能实现数据的及时、准确
    的采集,才能实现企业信息的集中管理。而储运装车又是储运系统中产品销售的
    主要环节,储运装车中的计量控制管理又是石油化工企业经济效益的关卡。石油
    化工企业日常的储运装车操作频繁,装车量大,又要面对一大批客户,人工作业
    的各式单据繁多,不仅工作量大,而且易出错,造成了储运装车生产效率不高。
    由于销售渠道多,人工管理会有多种漏洞,甚至引发了经济犯罪。因而,为了克
    服人工操作、管理带来的弊端,从而提高储运管理作业的效率、减少环境污染,
    以适应社会主义市场经济发展的需求,实现石油化工企业的整体效益,石油化工
    企业迫切需求机械化自动化程度高、安全可靠性好、便于操作维护的储运装车自
    动控制系统。储运装车的自动化程度直接影响了储运装车的效率和安全,储运装
    车的计量精度也直接影响石油化工企业的销售效益,储运装车自动化已成为石油
    化工企业自动化管理的重要组成部分。 
    一、储运装车自动化系统的构成 
    由于液下大、小鹤管装车具有节能、安全等显著优点,石油化工企业的储运
    装车基本上都采用这种装车设备做为灌装的设施。目前,对于储运装车的灌装设
    施的鹤管,有两种规格,一般习惯上把口径Dg120以上的鹤管称为大鹤管,常用
    的口径为Dg120, 此类鹤管主要做为火车罐车的灌装设施。 另外, 把口径为Dg120
    以下的鹤管称为小鹤管,常用的口径为Dg80或Dg50,此类鹤管主要做为火车罐
    车和汽车罐车的灌装设施。 储运装车的自动化控制系统也相应的分为大鹤管储运
    装车自动化微机控制系统和小鹤管储运装车自动化微机控制系统。其中,小鹤管
    储运装车自动化微机控制系统又根据装车现场的实际情况;如:栈台、操作室的
    位置、装车栈桥的长短、防爆等级的要求、石油化工企业用户的要求等等因素,又分为集中式装车自动化微机控制系统和分布式(分散式)装车自动化微机控制
    系统。从现场应用的经验表明,集中式和分布式(分散式)装车自动化微机控制
    系统各有其优缺点。但是,不管是大鹤管储运装车自动化微机控制系统还是小鹤
    管储运装车自动化微机控制系统,分布式还是集中式装车自动化微机控制系统,
    它们的工作目的、完成的功能都是基本一致的:防止装车冒顶、液化气过装、装
    车灌桶定量准确、装油计量、防水击措施、防溢防静电接地、连锁控制、装车业
    务管理和操作管理、装车销售统计开票和销售管理等。 
     
    二、可编程控制器在几种储运装车自动化系统中的应用 
    紧随着微电子技术同步的发展的可编程控制器(可编程控制器出现之处,名
    称很不一致,直至 1980 年由美国电气制造商协会 NEMA 正式将其命名为
    Programmable Controller 简称 PC,但时至今日,人们仍然习惯地称之为
    Programmable Logic Controller简称PLC) ,作为传统继电器控制装置的替代产
    品,从当初简单的功能比较单一的逻辑控制器,发展到今天的即能采集控制开关
    量,又能采集控制模拟量、数字量,同时实现逻辑运算、顺序控制、过程控制、
    联锁?;?、定时、计数、算术运算、联网通讯等功能的,以微处理器为核心的工
    业控制装置, 已将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起, 以结构紧凑、
    I/O 组态灵活、调试维护方便、抗干扰能力强及可靠性高等优点,越来越为众多
    的工业用户青眯,与 CAD/CAM、工业机器人一同被列为现代工业自动化领域的三
    大支柱。正是由于PLC 具有这些使用特点,近年来,已在各种工业控制场合中得
    到广泛的应用。 
    在储运装车自动化控制系统中,PLC 更是得到普遍的应用。PLC 主要完成定
    量程序装车控制、防溢、防静电联锁控制、完成装车现场的数据采集和对装车现
    场控制执行器(阀、泵等)的程序控制等功能。储运汽车装车流程见图1: 
     
        
                        图1:储运汽车装车流程框图 
     
    1、可编程控制器在集中式小鹤管装车自动化系统中的应用 
    把所有功能集中,即所有的信号电缆集中进控制室,由控制室中的主控制计算机
    和 PLC 实现全部的采集检测、运算管理和控制输出。这种系统便于实现操作管理及实
    现各种逻辑判别,对提高储运装车安全性,加强销售管理具有较大意义。系统框图见
    图2。 
     
     
                   图2: 集中式小鹤管装车自动化系统框图 
     
    PLC 采集装车现场所有装车鹤位的流量计(脉冲信号)、温度(铂电阻) 、装车防
    溢出开关、防静电接地开关、现场确定操作开关等所有控制信号。对于现场流量计信
    号的采集,PLC 通过配置高速计数单元来完成。为了完成定量装车控制的目的,控制
    系统要求显示装车鹤位流量计的瞬时量(频率)和流量的累计量(累计脉冲值)。PLC
    的高速计数单元有多种计数模式;可通过旋转前面板的波段开关选择单元号(0∽9)
    和模式(1线性,2环性,3预置,4门控,5闩锁,6采样),通过调整后面板上的DIP
    波段开关进行选择和设置高速计数单元的运行模式(输入形式选择,内部复位位,输
    入Z,控制出入IN1) ,计数范围为BCD码-8,388,608∽+8,388,607??刂剖淙隝N1
    即可用外部方式也可用内部方式设置初值。但 PLC 的高速计数单元只能对采集的脉冲
    量进行累计计算, 利用PLC 内部的两个TIMH(15)高速定时器TIM006 和 TIM007 来计算
    流量计的瞬时量。采集一台流量计频率的子程序如下: 
    LD P_On ANDNOT   IR210.00 
    LD   IR204.00 
    OR    IR134.06 
    ANDLD 
    OUT   IR130.03 
    LD TIM007 
    TIMH(15) 008 #0001 
    LD TIM006 
    @MOV(21)    IR136    DM220 
    @MOV(21)    IR137    DM221 
    LD TIM007 
    @MOV(21)    IR136    DM222 
    @MOV(21)    IR137    DM223 
    LDNOT TIM008 
    TIMH(15) 006 #100 
    TIMH(15) 007 #200 
    LD TIM008 
    @SUBL(55) DM222 DM220 DM225 
    IR130.03 是启动高速计数单元的触发位, IR136 和IR136 是采集累计脉冲的
    低位和高位的通道单元,高速计数单元采集的脉冲数值映射在DM222 和DM223 单
    元中, DM225 单元中的16 进制数,就是计算后流量计的频率值。为了计算准确、
    方便,在每个鹤位开始发油装车时,PLC 的高速计数单元对应采集该管路上的流
    量计的低位和高位的通道单元都要清零,高速计数单元计数通道清零的子程序如
    下: , 
    LD   IR200.00 
    OUT TR0 
    ANDNOT   IR203.00 
    AND    IR206.00 
    TIM 001 DM398 
    LD TR0 
    ANDNOT   IR210.00 
    @MOVB(82) #1 #300    IR330 
    BIN(23)    IR356 DM309 
    BIN(23)    IR357 DM310 
    选择模式6(采样)计数方式,控制输入IN1— IR330.03 为内部触发方式,微分
    型指令 @MOVB(82)是位(bit)传送指令,当执行条件IR200.0 由OFF变为ON时,
    @MOVB(82) 传送一次#1 到 IR130 通道的第 3 位,即 IR330.03 单元置 1,从而使
    计数器从零开始计数。IR356 和IR3576 是采集累计脉冲的低位和高位的BCD码,
    用BIN(23)指令转换成16 进制数映射在DM309 和 DM310 单元中。 
    有的储运装车现场测量装车鹤位的流量仪表,采用了高精度的质量流量计,
    这种质量流量计一般带有通过通信传递数字信号的COM 口,来输出瞬时流量、累
    计流量、密度等多种测量信号,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,PLC 可配置 ASCII ??椋?PLC 专用的高级语言???,以串序的
    方式与现场不同 ASCII 装置沟通),数字通讯信号由质量流量计的通讯口连接到
    PLC 的 ASCII ??樯?,这样,质量流量计的数字通讯信号数字通讯信号就与其它
    常规的I/O信号(DI、DO、AI、AO、FI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。 
    在储运装车的过程中,由于装车控制阀的突然开关,容易造成管道中的压力
    在一瞬间会突然升高,产生很高的压力峰值,这种现象称为液压冲击,就是日常
    所称的“水击”或“水锤”现象。 “水击”产生的压力峰值往往比正常工作压力
    高好几倍,且常伴有巨大的振动和噪声,使液压系统产生温升,有时会使一些液
    压元件或管件损坏,并使某些液压元件(控制阀、流量计等)产生误动作,导致
    设备损坏。因此,储运装车自动化控制系统控制的主要目标之一,就是尽可能的
    消除、减小装车开始和累计流量达装车定量设定流量值时,装车控制阀的突然开
    关,而产生的“水击”现象,尽量保证管道内介质流速在管道安装的流量计范围
    之内。单控制的角度上理解,气动阀,电动阀、电磁阀、多段电液阀等??胤?/span>
    都可以作为装车控制阀。根据装车介质的化学、工艺特性,多选用配套大小两个
    气动阀或多功能电液阀。不管选用哪种控制阀门,控制原理都一样。以PLC控制
    多功能电液阀装车为例;多功能电液阀由先导电磁阀和主阀组成。先导电磁阀和
    球阀组成控制回路。关闭调节球阀和??绱欧Ч钩煽刂苹芈飞狭鞴苈?,开启调
    节球阀和常闭电磁阀构成控制回路的下流管路。发油时首先开泵,然后再开电液
    阀的???、常闭电磁阀,两者的时间差可以在线通过上位机传到PLC的定时器单
    元进行修改。这时电液阀的常闭电磁阀根据时间曲线进行,由 PLC 的 DO ??榭?/span>
    制:开(通电)-闭(断电)-开—闭,以防止流量过大,?;ち髁考?,在线修
    改到一个合适曲线,存入 PLC,随时调用。当累积到设定值后,PLC 自动首先停
    电液阀,然后再是泵,两者的时间也可在线修改。停电液阀是分别控制电液阀的
    ???、常闭电磁阀,??绱欧У墓ぷ饕朗奔淝呓校嚎ǘ系纾眨ㄍǖ纾?/span>
    —开—闭,常闭电磁阀断电即可。 
    控制装车阀门PLC子程序如下: 
    ANDNOT TIM061;OUT 219.02;LD TIM061;DIFU(13) 215.13;LD 215.13;
    LD  5.03;KEEP(11)  215.00;LD  215.14;ANDNOT  215.07;LDNOT  215.02;
    AND 215.07;ORLD;ANDNOT 0.07;AND 0.09;ANDNOT 5.05;OUT 5.07;
    LD 215.14; TIM 062 #300; LD TIM062; DIFU(13) 200.14; LD 5.03; OR 200.14;
    ANDNOT 215.07;LD 215.01;AND 215.07;ORLD;ANDNOT 0.11;AND 0.07;
    ANDNOT 5.01;OUT 5.03;LD 5.03;DIFU(13) 215.12;LD 215.12;LD 5.05;
    KEEP(11) 215.09;LD TIM062;TIM 063 #150;LD TIM063;ANDNOT 215.07;  
    LDNOT 215.01; AND 215.07; ORLD; ANDNOT 0.09; ANDNOT 5.03; OUT 5.01;
    LD  TIM063;ANDNOT  TIM065;ANDNOT215.07;LD  215.02;ANDNOT 
    TIM105; ORLD; AND 0.09; AND 0.01; ANDNOT 5.07; AND 215.08; OUT 5.05;
    LD 215.07;OUT TR0;AND 0.05;DIFU(13) 230.00;LD TR0;AND 230.00; 
    IR 5.05  、IR 5.06、  IR 5.07为一个鹤位多功能电液阀的控制点。IR 5.03
    为加油泵的控制点。 
       对于铂电阻的温度信号(PT100) ,用 PLC 的特殊功能??椤鹊缱枘?椴杉?/span>
    就可以了。 
    2、可编程控制器在分布式小鹤管装车自动化系统中的应用 
        对于分布式小鹤管装车自动化系统,操作人员可以在装车工作现场进行所有
    装车操作和监视装车情况。在每个鹤位都设置一台定量装车控制设备,执行该鹤
    位的定量装车控制任务。这种系统便于实现系统操作功能分散,管理和监视又集
    中的思想。 
    对于定量装车控制设备,一般都采用成型仪表——定量装车控制仪。但定量装车控制仪的价格都比较高,采用 SIEMENS S7-200-CPU224 的小 PLC加 SIEMENS 
    DT-900人机界面的方式,安装在储运装车现场的每个鹤位旁,来完成现场自动化
    装车控制的体积流量和管路温度、质量流量、液位防溢、静电接地、阀门开关状
    态等的检测,完成定量装车控制、安全联锁等所有控制功能。系统框图见图3。 
      
     
    图3:  PLC构成的分布式小鹤管装车自动化系统框图 
     
    现场每个鹤位流量计的流量系数、定量装车值、密度、体积流量的补偿系
    数等参与计算的参数都通过人机界面输入PLC 的内部单元中。 每台PLC通过通信
    电缆线与操作室中的计算机相连,实现集中管理,还可以通过联机方式方便地将
    参数设置输入每台PLC。每台PLC控制装车阀门和计算管路流量的方法和集中式
    控制系统中PLC的控制思想基本一样。 
    3、可编程控制器在火车大鹤管装车自动化系统中的应用 
    相比之下,火车大鹤管装车自动化系统要比前两种的控制系统复杂的多,在
    火车大鹤管装车自动化系统中,PLC除了完成定量装车程序控制等和小鹤管控制
    系统控制功能相同部分之外,PLC还要完成对大鹤管位置的左、右移位、大鹤管
    的上升、停止、下降的控制和位置检测,接油斗的提起、放下控制和位置检测。
    多至3个油品选择阀的控制与检测?;鸪涤凸薏鄢登R档那敖?、停止、后退控
    制。液压泵的开、关控制。 
    三、结束语 
    从储运装车现场的实践证明,应用在石油化工企业储运装车几种控制系统中
    的PLC系统,都发挥和显现了不可估量和替代的作用,特别是和人机界面一起组成的发油定量控制器部分,更是体现了优良的性能价格比和运行可靠、组态方便
    等优点,取得了很好的经济效益和社会效益。 

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