MicroLogix1500 PLC在大澇壩站天然氣增壓系統中的應用

羅 輝

(中石化西北油田分公司雅克拉采氣廠，新疆 庫車 842017)

0 引言

大澇壩集氣處理站(以下簡稱大站)使用兩臺天然氣壓縮機，將低壓天然氣增壓后進入氣處理裝置進行脫烴處理。

江漢石油管理局第三機械廠生產的一款往復式壓縮機組2D8-4.8/3.6-65為三級壓縮，其額定進氣壓力為0.36 MPa、額定排氣壓力為6.5 MPa、額定排氣量為4.8 m3/min。機組主機采用對稱平衡型結構，驅動方式為電機驅動，冷卻方式采用全風冷，整體封閉撬裝。該機組以Allen-Bradley公司(以下簡稱A-B公司)的MicroLogix1500 PLC為控制核心進行全自動控制，具有自動化程度高、操作簡單、運行安全可靠和維護方便等優(yōu)點。

1 控制系統組成

大澇壩集氣處理站天然氣壓縮機組由壓縮機、驅動電機、冷卻風機、注油泵、潤滑油泵、管系設備和控制閥門等組成。控制系統結構組成如圖1所示。

圖1 控制系統結構示意圖Fig.1 Structure of the control system

機組控制系統以MicroLogix1500 PLC為中心，配置相應的壓力、溫度、液位信號變送器、轉換器及人機界面等，可實現控制、監(jiān)測及報警功能。PLC為主控器，配備輸入、輸出模塊和通信模塊，可實現數據采集與控制功能;具有優(yōu)良的性能價格比和高可靠性，可確保系統長期穩(wěn)定地工作。

PLC對各級氣缸和管道的溫度、壓力等模擬信號以及按鈕、開關等數字信號進行采集與處理，進而控制閥門、機泵等的運行狀態(tài)。同時，PLC和DCS(Foxboro公司I/A Series系統)通過Modbus協議進行通信，實現上位機監(jiān)控［1］。

1.1 硬件組成

根據工藝要求，每臺機組共需18個開關輸入量、15個開關輸出量和10個模擬輸入量。單臺機組的控制硬件配置如表1所示。

表1 PLC系統硬件配置表Tab.1 Configuration list of PLC hardware

1.2 軟件組成

PLC編程軟件采用羅克韋爾(Rockwell)公司的RSLogix。它提供了純32位的、極具靈活性和易用型的PLC編程工具軟件，其中，RSLogix500用于MicroLogix1500的編程［2－4］，它與以前任何版本的羅克韋爾軟件兼容，功能強大、操作簡便、界面友好，支持多種編程方式。

RSLogix500梯形圖邏輯編程包是一個提供快速高效解決方案，且擁有工控領域領先的用戶界面的PLC編程軟件;編輯靈活，帶有輸入輸出自動配置，具有強大的數據庫編輯器和診斷、排錯工具以及完善的幫助功能。本系統中采用梯形圖編程。

2 控制要求

為了確保系統能夠安全、可靠、高效地運行，需對整個機組進行全自動控制。根據天然氣壓縮機組運行要求，控制系統主要實現以下功能。

①機組啟動、停止。機組啟動分為現場啟動和遠程啟動，在DCS系統上設置了允許啟動條件，現場控制柜面板上裝設有啟動、停止按鈕，通過邏輯控制實現機組啟停。

②運行參數測量。對壓縮機潤滑油壓力和溫度，機組進氣壓力，一級、二級、三級氣缸排氣壓力和排氣溫度，三級壓縮后工藝氣出口溫度進行測量，測量一次儀表使用4～20 mA的標準電信號。

③預報警和聯鎖停機。在PLC內設定報警值和聯鎖停機值，當測量參數達到報警值時，系統發(fā)出報警，直至報警消除;如果測量值達到停機值，則系統聯鎖停機。

④故障停機。當系統出現注油器油位低和油斷流、進氣洗滌罐級間分離器液位高、壓縮機振動過大、電機過載等情況時，上述故障信號以開關量形式輸入到PLC，PLC接收并處理故障信號后保護停機。

⑤輸出控制。在自動模式下，PLC控制主電機、注油泵電機、潤滑油泵電機和風扇電機的啟停。主電機控制時，PLC給出啟動信號，主電機通過自耦變壓器降壓啟動，并反饋運行信號給PLC。同時，PLC根據工況自動控制回流閥和排污閥的運行狀態(tài)。

⑥通信。PLC和現場顯示屏通信，顯示機組的運行狀態(tài)、運行參數等信息;同時，通過RS-485通信接口，采用Modbus通信協議與DCS系統進行通信，在DCS系統上搭建組態(tài)畫面，監(jiān)控運行參數并記錄參數歷史數據。

3 控制功能的實現

3.1 程序結構

系統控制程序采用結構化的編程方式。結構化編程方式的最大優(yōu)點在于其有利于整套控制系統的調試和維護，可根據生產或調試的需要，很方便地將某一部分從系統中分離出去，也可以方便地向系統中增加新的控制部分，從而大大提高了系統的可維護性和可擴展性［5－7］。

機組控制程序采用梯形圖編程，程序文件包括系統文件、主程序、數據采集子程序和數據通信子程序，在主程序中調用兩個通用子程序。MicroLogix1500 PLC共有256個數據文件，編號為0～255，其中，文件0～8為系統定義，用戶不能隨意修改，它們依次是輸出文件O0、輸入文件I1、狀態(tài)文件S2、位文件B3、定時器文件T4、計數器文件C5、控制文件R6、整數文件N7和浮點數文件F8。本系統中還自定義了7個數據文件，用于存儲傳感器量程、報警值和中間變量等數據。各數據文件和程序文件有機結合，通過數據檢測、指令狀態(tài)判斷和相應的狀態(tài)處理，實現天然氣壓縮機組的安全可靠運行。

3.2 控制流程基本思想

主程序流程圖如圖2所示。

圖2 主程序流程圖Fig.2 Flowchart of main program

程序采用順序結構。首先，PLC上電初始化，然后調用數據采集子程序和通信子程序［8－9］。子程序完成數據采集、控制條件判斷、報警和停機信號處理、PLC與觸摸屏及DCS數據通信等主要功能后返回到主程序，主程序檢測子程序中的輸出控制信號(位信號)，依據信號狀態(tài)開始啟機控制。當控制條件達到要求時，按照程序啟動機組并加載;如果控制條件不滿足，則不啟動機組或聯鎖停機，并反饋故障狀態(tài)。

在數據采集子程序中［10］，PLC首先通過輸入模塊獲取機組的模擬量數據與開關量狀態(tài)，模擬量數據包括壓力和溫度，開關量包括各類旋鈕、按鈕、故障輸入和繼電器輸入等，然后把獲取的信息按照指定的格式存放在特定數據文件內。接著，PLC對所采集數據與設定的報警值和停機值作比較，當采集到的數據達到報警值和停機值時，對應的位信號導通，位信號狀態(tài)可以在主程序和子程序中檢測到，并作為梯級導通條件進行邏輯控制。當檢測到的任何一個壓力、溫度值達到報警值或停機值時，報警位或停機位將被置位，主程序檢測到它們的狀態(tài)后進行相應的啟停機控制。

4 結束語

實際應用表明，該系統具有良好的運行特性，且運行穩(wěn)定、操作和維護方便，較好地達到了天然氣壓縮的生產運行要求。

［1］王安，何亦文.基于組態(tài)王的DCS過程控制實驗平臺［J］.自動化儀表，2007，28(6):57 －60.

［2］黃為，王明哲.新型的MicroLogix1500性能分析及工程應用［J］.計算機與數字工程，2005:92－95.

［3］李正軍.計算機測控系統設計與應用［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.

［4］陳堅.羅克韋爾小型PLC控制系統設計與應用實例［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［5］羅輝，胡澤，王文靜，等.基于DSP的異步電機矢量控制系統設計與實現［J］.電力電子技術，2008，42(9):24 －26.

［6］羅輝，胡澤，王文靜.基于DSP的雙閉環(huán)可逆PWM直流調速系統設計與實現［J］.儀器儀表用戶，2007，14(6):35 －36.

［7］大澇壩2D8-4.8/3.6-65天然氣壓縮機組技術協議［R］.江漢石油管理局第三機械廠，2004:1－100.

［8］李建忠.單片機原理應用［M］.西安:西安電子科技大學出版社，2002.

［9］易繼鍇，侯媛彬.智能控制技術［M］.北京:北京工業(yè)大學出版社，1999.

［10］馬明建，周長城.數據采集與處理技術［M］.西安:西安交通大學出版社，1998.