基于PLC的售油控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 坤，蓋國(guó)權(quán)，賈 義，孫海龍，耿家明，王曉偉

（1.內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 錫林郭勒電業(yè)局，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000；2.內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 巴彥淖爾電業(yè)局，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000）

經(jīng)調(diào)研我國(guó)石油儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平有一定差距，國(guó)內(nèi)的老油庫(kù)還存在許多人工開(kāi)票，開(kāi)閥，手動(dòng)開(kāi)泵等一些原始的售油手段，這樣大大地影響了售油的精度，也加大操作人員的工作量[1]。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提高了售油系統(tǒng)的精度，減輕了工作人員的工作負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)、安全、效益的統(tǒng)一，可應(yīng)用于中小型油庫(kù)的售油系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 售油控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)以安全、可靠、實(shí)用和可擴(kuò)展為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有先進(jìn)性、完善性、靈活性等特點(diǎn)。安全是油庫(kù)中頭等重要的事情，所以油庫(kù)自動(dòng)售油系統(tǒng)需要嚴(yán)格考慮系統(tǒng)的安全性[2-3]。采用必要的安全措施，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，達(dá)到油庫(kù)需要的防爆等級(jí)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，要有緩解措施，能夠及時(shí)解救，快速恢復(fù)使系統(tǒng)能正常運(yùn)行，另外具有一定的抗干擾能力，應(yīng)用軟硬件實(shí)現(xiàn)采用合理的配置方法，提高售油精度。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能

1）能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)付油；2）付油控制精度高[4]；3）能夠調(diào)整付油速度；4）具有自動(dòng)恒壓功能；5）可實(shí)現(xiàn)對(duì)付油過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；6）具有故障報(bào)警及診斷功能；7）采取可靠性設(shè)計(jì)，以確保穩(wěn)定運(yùn)行；8）從多方面進(jìn)行安全設(shè)計(jì)，以保證安全運(yùn)行；9）管理功能符合油庫(kù)業(yè)務(wù)；10）操作簡(jiǎn)單，易于掌握；11）工作溫度-40～+60℃。

1.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文主要對(duì)于中小型油庫(kù)售油控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用以PLC為下位機(jī)，PC機(jī)為上位機(jī)的形式對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，操作層由控制PC機(jī)與業(yè)務(wù)PC機(jī)組成，控制層選用PLC為控制核心，現(xiàn)場(chǎng)由流量計(jì)、油泵、電磁閥、溫度變送器等組成[5-6]。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Overall structure of system

2 系統(tǒng)主要硬件部分

控制核心：采用歐姆龍公司的CJ1系列PLC，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)基本都是惡劣的環(huán)境，PLC具有很強(qiáng)的抗干擾能力，研發(fā)周期短，價(jià)格比較低，很適合油庫(kù)的各種要求。

流量計(jì)：采用LL系列的腰輪流量計(jì)，該系列產(chǎn)品具有價(jià)格便宜、計(jì)量精度高、工作可靠、牢固耐用、重量輕、安裝使用方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油及石油制品的精確計(jì)量。與相應(yīng)的光電發(fā)訊器和流量智能控制儀配套，則可進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量和控制。腰輪流量計(jì)的構(gòu)造如圖2所示。

圖2 腰輪流量計(jì)的構(gòu)造Fig.2 Structure of waist round flow meter

安全柵：安全區(qū)與非安全區(qū)之間信號(hào)的交換必須經(jīng)過(guò)安全柵，以限制危險(xiǎn)能量進(jìn)入具有爆炸性危險(xiǎn)氣體環(huán)境。安全柵的作用是保護(hù)危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)端永遠(yuǎn)處于安全電源和安全電壓范圍之內(nèi)。齊納安全柵是本質(zhì)安全型一次儀表和電氣裝置的重要關(guān)聯(lián)設(shè)備，在本質(zhì)安全型防爆系統(tǒng)中起著重要的安全保護(hù)作用。齊納安全柵利用其內(nèi)部的快速熔斷保險(xiǎn)絲、齊納二極管、電阻等保護(hù)器件限制流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的故障能量，確保危險(xiǎn)場(chǎng)所的一次儀表的本質(zhì)安全，達(dá)到保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備及生產(chǎn)人員的安全的目的。該系統(tǒng)采用S2000系列安全柵。安全柵的接線(xiàn)如圖3所示，接線(xiàn)端子序號(hào)：非本安端端子號(hào)：1，2。本安端子號(hào)：3，4。端子5，6為接地端子。

圖3 安全柵接線(xiàn)圖Fig.3 Wiring diagram of security gate

電磁閥：閥門(mén)的選擇是要防止突然開(kāi)關(guān)而產(chǎn)生的“水擊”現(xiàn)象，啟閉工作可靠、無(wú)泄漏，便于維護(hù)[7]；低電壓，低功耗，控制較簡(jiǎn)單，防爆性能好。針對(duì)本系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，從性?xún)r(jià)比的綜合考慮，本文選擇ZC-80防爆電磁閥。

3 系統(tǒng)軟件部分

控制軟件采取模塊化設(shè)計(jì)?？刂栖浖饕譃橹鞒绦?、初始化模塊、售油模塊、流量計(jì)算模塊、報(bào)警檢測(cè)模塊、模擬量采集模塊、輸入輸出接口模塊等。程序運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)掃描主程序，在主程序中根據(jù)條件調(diào)用相關(guān)的子程序模塊，子程序模塊完成各自的功能。模塊化設(shè)計(jì)使程序?qū)哟畏置鳎子陂喿x和移植，同時(shí)還可以簡(jiǎn)化程序結(jié)構(gòu)，便于調(diào)試。

在售油過(guò)程中，控制程序?qū)崟r(shí)采集流量計(jì)脈沖數(shù)，根據(jù)售油量計(jì)算公式實(shí)時(shí)計(jì)算流量值，直到流量值與設(shè)定值相等，輸出控制信號(hào)關(guān)閉相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。主程序如圖4所示。

圖4 主程序流程圖Fig.4 Flow chart of main program

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本售油控制系統(tǒng)經(jīng)試運(yùn)行，顯示運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好，通過(guò)使用PLC控制器和計(jì)算機(jī)完成了對(duì)油庫(kù)作業(yè)的自動(dòng)化控制以及對(duì)油庫(kù)的安全監(jiān)測(cè)，取代了以往的人工操作方式，減少了人為因素引起的誤操作，同時(shí)也降低了工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率。在售油中誤差控制在3～5升/次的范圍內(nèi)，此誤差為每次售油的誤差，與售油量的多少無(wú)關(guān)。一般的油罐車(chē)可裝成品油6千升以上，通過(guò)計(jì)算，誤差小于國(guó)家的要求，達(dá)到了預(yù)期的各方面要求，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

售油控制系統(tǒng)是油庫(kù)裝車(chē)自動(dòng)化的重要組成部分，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有著安全，可靠，售油精度高，易操作，可擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，以PLC為控制核心，流量計(jì)，電磁閥等為主要硬件，提高油庫(kù)的自動(dòng)化水平，降低油庫(kù)運(yùn)營(yíng)成本，增加了油庫(kù)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為其它油庫(kù)售油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一種借鑒，對(duì)工程實(shí)際具有一定的指導(dǎo)意義。

[1]趙孟卿，黃坤，王永峰，等.成品油庫(kù)自動(dòng)化改造的探討[J].石油化工自動(dòng)化，2010，36（2）:36-39.

ZHAO Meng-qing，HUANG Kun，WANG Yong-feng，et al.Discussion on the automation reforill for the product oil depot[J].Automation in Petro-Chemical Industry，2010，36（2）:36-39.

[2]吳元修.分布式集散控制技術(shù)在燒結(jié)配料系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].電子測(cè)量技術(shù)，2007，30（9）:180-183.

WU Yuan-xiu.Research on total distributed control applied in feed proportioning for sintering systems[J].Electronic Measurement Technology，2007，30（9）:180-183.

[3]彭繼慎，孟慶鑄，張靜，等.基于PLC和組態(tài)王的油庫(kù)收發(fā)油控制系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2008（6）:47-48.

PENG Ji-shen，MENG Qing-zhu，ZHANG Jing，et al.Oil receiving and delivery control system in oil depot based on PLC and kingview[J].Instrument Technique and Sensor，2008（6）:47-48.

[4]孟寧.成品油庫(kù)自動(dòng)付油及管理系統(tǒng)[J].油氣田地面工程，2004，23（10）:31-32.

MENG Ning.Automatic pay oil and management system of product oil depot[J].Oil-Gasfield Surface Engineering，2004，23（10）:31-32.

[5]劉思華.PLC在油庫(kù)自動(dòng)售油系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].微計(jì)算機(jī)信息，2002，18（12）:1-2.

LIU Si-hua.Application of PLC in oil depot automatic selling oil system[J].Micro Computer Information，2002，18（12）:1-2.

[6]龔中偉.腰輪流量計(jì)的計(jì)量與檢定問(wèn)題[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，1999，18（6）:41-43.

GONG Zhong-wei.On meteringand calibrtionofPD flowmeter[J].Oil&Gas Storage and Transportation，1999，18（6）:41-43.

[7]曲曉俊，鄭金吾.基于PLC和電液閥的油庫(kù)精確發(fā)油系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2003，16（5）:52-54.

QU Xiao-jun，ZHENG Jin-wu.Oil depot precise pay oil system based on PLC and electro-hydraulic valve[J].Industrial Control Computer，2003，16（5）:52-54.