PLC在煤氣加壓站的應(yīng)用

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PLC在煤氣加壓站的應(yīng)用

王成林

（陽泉市煤氣公司，045000）

摘要：隨著微電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的進步，PLC已經(jīng)發(fā)展成為“以微處理器作基礎(chǔ)，集3C技術(shù)為一體”的新型工業(yè)控制裝置。當前，PLC廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、機械制造、化工、能源等領(lǐng)域。我公司充分應(yīng)用PLC技術(shù)對西區(qū)儲配站站控系統(tǒng)進行改進和完善，為用戶的安全用氣提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

關(guān)鍵詞：PLC；站控系統(tǒng)；通訊

0　概述

我公司西區(qū)儲配站由中國市政工程華北設(shè)計院設(shè)計，于1996年開工建設(shè)，2002年建設(shè)完工并投入使用，西區(qū)儲配站設(shè)計輸配能力 35萬m3/日，站內(nèi)設(shè)有5萬立方米濕式儲氣柜一座，60 m3/min羅茨煤氣風機六臺，該站氣源由附近的大陽泉煤礦、西峪煤礦供給，供氣壓力3500Pa。儲配站向外供氣壓力50kPa，主要擔負大陽泉周邊區(qū)域居民、商業(yè)、公福用戶及南外環(huán)沿線工業(yè)用戶的高峰調(diào)峰輸配任務(wù)。

西區(qū)儲配站建設(shè)完工并投入使用以來，累計輸配煤氣5億立方米，為陽泉市的煤氣發(fā)展做出了積極貢獻，然而自西區(qū)儲配站建設(shè)投運以來，該站的站控系統(tǒng)尚為空白，現(xiàn)場運行參數(shù)的監(jiān)測和用氣高峰時段的調(diào)峰調(diào)度仍采用原始的壓力表和調(diào)度電話通知方式，由于煤氣壓力有波動，僅僅依靠儀表調(diào)節(jié)，容易產(chǎn)生震蕩、用人工調(diào)節(jié)有一定的困難；通過人工調(diào)節(jié)煤氣閥門的開度實現(xiàn)調(diào)壓（保證出口壓力平穩(wěn)），費時費力。隨著安全供氣要求的不斷提高和城鎮(zhèn)供氣需求的不斷增大，在西區(qū)儲配站建設(shè)站控系統(tǒng)并將其作為陽泉市煤氣公司SCADA生產(chǎn)調(diào)度平臺系統(tǒng)的現(xiàn)場控制單元勢在必行。

1　PLC特點及應(yīng)用

1.1PLC的特點

（1）通用性和靈活性強；

（2）抗干擾能力強，高可靠性；

（3）編程語言簡單易掌握；

（4）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維修工作量少，可有效降低工作人員的勞動強度；

軟、硬件采用模塊化、積木式結(jié)構(gòu)，組件商品化；軟件編程實現(xiàn)控制功能，避免過多的硬接線；采用面向用戶的工業(yè)控制編程語言，具有強制和仿真功能，可在實驗室進行編程和模擬調(diào)試，然后再到現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試，減少設(shè)計和投運周期；具有完善的故障診斷和顯示報警功能，便于快速查找和迅速排除故障，PLC本身性能穩(wěn)定，故障率低，模塊式結(jié)構(gòu)，維護簡單快捷。

（5）功能強大、功能的擴展能力較強；

（6）體積小、重量輕、易于機電一體化。

1.2PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

（1）開關(guān)量的邏輯控制

自動化生產(chǎn)線、機床電氣控制、沖壓機械、鑄造機械、運輸帶、包裝機、飛剪、閥門開關(guān)調(diào)節(jié)等控制。

（2）運動控制

金屬切削機床、金屬成形機械、裝配機器人、電梯、閥門開度調(diào)節(jié)等。

（3）閉環(huán)過程控制

溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量閉環(huán)控制。

（4）數(shù)據(jù)處理

數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等

（5）通信聯(lián)網(wǎng)

PLC與遠程I/O、PLC之間、PLC與其它智能控制器之間實現(xiàn)通訊。

2　站控系統(tǒng)的改進

2.1方案闡述

（1）西區(qū)儲配站采用非冗余PLC控制系統(tǒng)，對儲配站氣柜高度、管網(wǎng)進出口壓力、風機出口壓力及啟停狀態(tài)、計量系統(tǒng)以及加臭系統(tǒng)的隨動控制等相關(guān)工藝參數(shù)進行采集監(jiān)控，同時控制變頻系統(tǒng)實現(xiàn)對出口壓力的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，另外還具備與ESD緊急停車系統(tǒng)接口功能。

站控系統(tǒng)控制器/通訊模塊/總線使用冗余配置, 以實現(xiàn)站內(nèi)每個過程量測量和控制，配備工程師站/操作站。如下圖1所示。

圖1　

（2）具體站控工藝檢測控制點及I/O量：

氣柜高度：AI1點

管線總進口壓力：AI1點

管線總出口壓力AI2點

風機進口壓力AI1點

風機出口壓力AI6點

管網(wǎng)濃度AI2點

環(huán)境濃度AI6點

流量RS4854點

流量AO2點

風機啟停狀態(tài)DI6點

變頻器故障DI2點

排風機控制DO6點

西區(qū)儲配站站控系統(tǒng)作為將來SCADA生產(chǎn)調(diào)度平臺系統(tǒng)的現(xiàn)場控制單元，除完成對所處站場的監(jiān)控任務(wù)外，同時負責將有關(guān)信息傳送給調(diào)度控制中心并接受和執(zhí)行其下達的命令。

2.2方案實施

2.2.1硬件

站控系統(tǒng)（SCS）主要由過程控制單元、操作員工作站、通訊系統(tǒng)及接口等構(gòu)成。過程控制單元采用可靠性高的可編程序邏輯控制器(PLC)。人機接口的操作員工作站采用微型計算機。

可編程序邏輯控制器(PLC)主要由處理器、I/O系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、電源、安裝附件等構(gòu)成。系統(tǒng)采用非冗余系統(tǒng)。

A、可編程序邏輯控制器（PLC）

（1）處理器模件

PLC處理器以32bit CPU為基礎(chǔ)，存儲器鋰電池支持的CMOS或不易失效的其它類型的存儲器。存儲器應(yīng)可用軟件將其分區(qū),分別用于存儲控制程序和數(shù)據(jù)表。存儲器應(yīng)備有相當余量，其擴展應(yīng)是模塊化的，不用更換原設(shè)備和變動程序。

PLC需可通過可編程的通訊口和第三方計算機監(jiān)控系統(tǒng)或其他智能儀表通訊。需能完成不同通訊協(xié)議間的轉(zhuǎn)換，具有和第三方通訊的能力，所選PLC需具有模塊化的接口擴充能力，支持包括CCITT協(xié)議規(guī)定的標準串行通訊接口。

本方案采用SIMATIC S7-300系列PLC,所選PLC需有自診斷功能，處理器升級采用FLASH方式，不需要更換CPU。

所選PLC需組態(tài)靈活、功能齊全、易擴展、維護方便、自診斷能力強、性能可靠。PLC在外電源掉電情況下保護源程序，在外電源恢復情況下需能自動恢復數(shù)據(jù)采集和過程控制。

所選PLC輸入、輸出信號需相互隔離，如有一路出現(xiàn)故障不會影響到其他通道的運行，輸入、輸出端子電氣絕緣強度不小于500VAC。

PLC需具有防雷擊、浪涌電流傷害能力和抗電磁干擾能力。

PLC模塊的輸入、輸出接口都需留有15%的冗余。

（2）I/O模件

PLC的輸入模塊和輸出模塊應(yīng)有故障自診斷功能，且應(yīng)具有防雷擊和浪涌保護功能。I/O模塊應(yīng)是多通道的。

a、模擬輸入模塊

模/數(shù)轉(zhuǎn)換器最少為12位,共模抑制比大于80dB,輸入相互隔離。模擬量輸入模板上應(yīng)有報警限位設(shè)定?，F(xiàn)場變送器所需24V DC電源由承包商提供。輸入信號4～20mADC或1～5VDC可任選。前面板有LED狀態(tài)顯示。

b、模擬輸出模塊

數(shù)/模轉(zhuǎn)換器最少為12位,輸出4～20mADC或1～5VDC信號，具有輸出隔離、短路保護和斷路報警等功能。帶負載能力不小于500Ω。

c、開關(guān)量輸入模塊

開關(guān)量輸入模塊應(yīng)采用光電隔離,能承受380VAC的峰值電壓，輸入與地隔離?，F(xiàn)場觸點為無源型。所需24VDC電源由承包商提供。

d、開關(guān)量輸出模塊

開關(guān)量輸出模塊的接點容量不小于24VDC、1A，輸出應(yīng)有短路保護且與地隔離。所有DO點加裝中間繼電器。

e、以太網(wǎng)通信模塊

應(yīng)能支持標準的RJ45以太網(wǎng)接口，具有WEB SERVER功能，通信速率在10/100Mbps。

f、電源模塊

供電電源220VAC，50HZ，應(yīng)采用2塊冗余電源模塊，并將其安裝在擴展機架的兩個槽位中，可以不中斷運行且在線更換電源模塊。

g、串口通信設(shè)備/模件

應(yīng)具有與業(yè)主供站場智能設(shè)備通信的能力，采用RS-232或RS-485串行通信接口,通信速度可在9600～19200位/秒之間任選，通信協(xié)議為MODBUS。

h、網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)符合IEC控制網(wǎng)絡(luò)標準，其速率應(yīng)大于1.5Mbps。速度是恒定的，不能隨節(jié)點和長度的變化而變化。

2.2.2工作站

站控系統(tǒng)不單獨設(shè)置工程師站，采用工程師站和操作員站共用的方式。操作員工作站是操作人員與站控制系統(tǒng)的人機接口，現(xiàn)場操作員通過它可詳細了解運行情況，并可下達操作控制命令，從而完成對所處站場的監(jiān)控和管理。

2.2.3UPS電源

在正常供電系統(tǒng)突發(fā)故障時，電池能維持本地監(jiān)控系統(tǒng)正常工作4個小時。

2.2.4防浪涌保護器

控制系統(tǒng)均應(yīng)在有可能將由于雷擊（直擊雷、感應(yīng)雷等）產(chǎn)生的高壓導入計算機系統(tǒng)的接口位置設(shè)置完善的防雷擊和浪涌保護措施。

2.2.5軟件

為完成站控制系統(tǒng)任務(wù)，最少應(yīng)配下列軟件:監(jiān)控軟件、組態(tài)軟件、操作員工作站操作系統(tǒng)軟件。

方案軟件采用SIEMENS公司的監(jiān)控軟件WinCC7.0。WinCC具有控制自動化過程的強大功能，是具有極高性價比的SCADA級的操作監(jiān)視系統(tǒng)。WinCC的顯著特性就是全面開放，它很容易結(jié)合標準的和用戶的程序建立人機界面，滿足生產(chǎn)實際的需要。用戶可應(yīng)用 WinCC作為系統(tǒng)擴展的基礎(chǔ)，通過開放接口開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。通過標準接口WinCC很容易集成到全廠范圍的應(yīng)用系統(tǒng)中。

2.2.6視頻監(jiān)控功能設(shè)計

a監(jiān)視控制中心可對前端監(jiān)控現(xiàn)場布防撤防，進行防盜設(shè)置；

b室內(nèi)攝像機通常在日光和人造光下工作；室外為全天候工作。

c監(jiān)控點報警時能自動記錄報警事件；可對當前遠程監(jiān)控的窗口進行錄像；可隨時調(diào)看遠端計算機的歷史資料及本地的錄像資料；

d系統(tǒng)登錄及系統(tǒng)操作口令和界面鎖定功能使系統(tǒng)更安全，具備用戶分級管理功能；

e正?？刂茟?yīng)將優(yōu)先權(quán)分配給操作人員的控制盤，使攝像機的操作功能得以進行；

3　小結(jié)

對西區(qū)儲配站站控系統(tǒng)應(yīng)用PLC技術(shù)后，使得煤氣供氣壓力調(diào)整更加快捷準確，煤氣壓力穩(wěn)定性得到更高的保證。進一步提高了用戶用氣的安全性，也為陽泉市煤氣公司今后SCADA系統(tǒng)的建設(shè)打下了基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 張萬忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社.第三版.2013

[2] 康士臣.一種基于PID的溫度監(jiān)控系統(tǒng).化學工程與裝備.

[3] 張志強、于立波、田志強.Siemens PLC在廢水處理回用控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.自動化與儀表.

The application of PLC in gas pressurization station

Wang Chenglin

（Yangquan city gas company，045000）

Abstract：With the rapid development of microelectronics technology,computer technology and network communication technology,PLC has become "with microprocessor as the foundation,set of 3 c technology is an organic whole" new type of industrial control device.At present,PLC is widely used in steel,mining, machinery manufacturing,chemical industry,energy and other fields.Our company fully application of PLC technology ChuPeiZhan station control system to improve and perfect for the west side,gas/better quality of service for the user's safety.

Keywords：PLC;The station control system;communication