PLC在定量裝車控制儀中的應(yīng)用

蔡軍，王虎威，閔學(xué)思，方宏昌

(中國石油天然氣股份有限公司 遼陽石化分公司芳烴廠，遼寧 遼陽 111003)

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PLC在定量裝車控制儀中的應(yīng)用

蔡軍，王虎威，閔學(xué)思，方宏昌

(中國石油天然氣股份有限公司 遼陽石化分公司芳烴廠，遼寧 遼陽 111003)

油品裝車中定量裝車控制儀的性能嚴重影響著裝車過程的安全性、裝車計量的準確性。某石化公司芳烴廠油品棧臺苯密閉裝車系統(tǒng)選用了國產(chǎn)技術(shù)的定量裝車控制儀，并介紹了該控制儀的結(jié)構(gòu)、原理及性能，進一步敘述了該控制儀控制下的啟動、小流量裝車、大流量裝車、計量、結(jié)束裝車的全過程，以及裝車系統(tǒng)防靜電溢流報警聯(lián)鎖保護設(shè)置。

油品裝車裝車控制儀可編程邏輯控制器

中國石油遼陽石化分公司芳烴廠油品儲運裝置裝卸車棧臺，負責全廠液體物料(苯、對二甲苯等)進出廠的裝卸車工作。裝卸車棧臺投產(chǎn)于1996年，經(jīng)過近20年的使用，部分棧臺裝車系統(tǒng)長期處于故障狀態(tài)，無法實現(xiàn)自動定量裝車。為解決上述故障，并且避免在裝車過程中油氣揮發(fā)引起的人員中毒和環(huán)境污染事故發(fā)生，2013年公司啟動了“遼陽石化分公司芳烴廠苯密閉裝車及尾氣回收系統(tǒng)改造”項目，對苯裝車棧臺的定量裝車系統(tǒng)(火車裝車，10個裝車鶴位)進行改造，并回收裝車時產(chǎn)生的苯尾氣。

1　定量裝車系統(tǒng)簡介

1.1定量裝車系統(tǒng)構(gòu)成

該項目共改造10個苯裝車鶴位。每個鶴位設(shè)置1臺定量裝車控制儀、1個防爆分線控制接線箱、1臺質(zhì)量流量計、1臺氣動二段球閥、1個防靜電接地夾、1個防溢流開關(guān)?，F(xiàn)場儀表信號通過防爆分線控制接線箱進入定量裝車控制儀，定量裝車控制儀設(shè)置現(xiàn)場聲光報警器。每個鶴位的定量裝車儀采用Modbus_RTU通信方式與設(shè)置在控制室的裝車系統(tǒng)業(yè)務(wù)站等通信。

1.2定量裝車過程

火車槽車到達裝車位置并辦理相關(guān)手續(xù)后，由操作人員放入鶴管、接上靜電開關(guān)，在確認操作手續(xù)后，按裝車按鈕開始發(fā)油，首先打開兩段閥，并保證液體流量不大于25m3/h，當流量計累計到2.5m3后，閥門開大，達到正常流量，當正常快要結(jié)束時，流量逐漸變小為25m3/h，直到單個流量計達到預(yù)先設(shè)定值，閥門關(guān)閉結(jié)束裝車。在裝車過程中，如果放溢流開關(guān)報警，將關(guān)閉閥門結(jié)束裝車。

2　基于PLC的定量裝車控制儀

該系統(tǒng)定量裝車控制儀基于PLC設(shè)計，提供通信接口、顯示設(shè)備并具備通信協(xié)議。其基本組成包括： 中央處理及數(shù)據(jù)采集單元(Micro PLC，集成CPU及I/O接口)、顯示單元(液晶漢顯設(shè)備)、鍵盤單元(與顯示設(shè)備集成)、接口單元(輸入、輸出端子排)和電源單元(240V(AC)及24V(DC)兩種電源)?，F(xiàn)場配有流量計、電磁閥、聲音報警器、泵、防溢開關(guān)、靜電接地開關(guān)等組成1個開環(huán)控制系統(tǒng)。

CPU單元把實時信號處理結(jié)果及時向系統(tǒng)發(fā)出控制命令，使電磁閥、泵按照一定的時序完成過程控制任務(wù)。信號的采集由現(xiàn)場的流量計變送器將管線中的流量信號通過接口單元送入到PLC控制器中進行處理，最后通過通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C進行處理。定量裝車控制儀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　定量裝車控制儀結(jié)構(gòu)示意

3　PLC特性及控制功能的實現(xiàn)

3.1PLC特性

定量裝車儀使用的PLC為國產(chǎn)的ZC200CPU101小型PLC。該PLC控制器模塊在兼容西門子PLC功能的前提下，做了部分優(yōu)化及功能增強。其功能特點：

1) 兼容西門子S7200指令集。

2) 使用西門子STEP 7 MicroWIN軟件進行開發(fā)，將原西門子STEP 7 MicroWIN開發(fā)的程序直接下載到該PLC控制器模塊即可工作，對程序無需任何修改。

3) 增加了額外的PPI通信口，解決了客戶同時使用觸摸屏和編程電纜通信口不夠，只能不斷插拔端口的問題。

4) 具有更快的指令執(zhí)行速度，單條布爾運算指令是西門子的3倍，快速的計算能力有利于實現(xiàn)更快更平滑更穩(wěn)定的PID調(diào)節(jié)。

5) 無需電池，可提供長達10a以上的掉電數(shù)據(jù)保持。

6) 可直接替換西門子224控制器模塊。

3.2控制功能的實現(xiàn)

3.2.1程序結(jié)構(gòu)

該項目PLC編程采用結(jié)構(gòu)化編程，共編輯1個主程序組織塊OB1，8個子程序，子程序由主程序OB1來調(diào)用。OB1主程序如圖2所示。

圖2　OB1梯形圖示意

該主程序包含2條梯形圖，第1條梯形圖由SM0.0每次掃描都調(diào)用下列子程序： init_1初始化子程序，處理掉電數(shù)據(jù)狀態(tài)；ready_1準備子程序，處理接地、溢油、流量系數(shù)密度、發(fā)油狀態(tài)、閥門等狀態(tài)；aload_1控制子程序，處理開單、啟動、急停、復(fù)位等控制；qifa_1兩段式閥門子程序；over_1裝車結(jié)束處理子程序；FLOW瞬時流量處理子程序；Modbus通信子程序。第2條梯形圖由SM0.1僅在第一次掃描周期調(diào)用一次pules_1子程序，處理高速計數(shù)設(shè)置。

3.2.2子程序介紹

定量裝車儀的主要功能是測量裝車流量(包括瞬時流量和累積流量)，根據(jù)裝車流量的不同控制閥門開度(兩段式)，開始時小開度，然后大開度，快要結(jié)束時再轉(zhuǎn)換為小開度，達到裝車設(shè)定值時關(guān)閉閥門。為此，文中就瞬時流量和累積流量計算相關(guān)子程序作簡單介紹。

該項目質(zhì)量流量計脈沖由數(shù)字量輸入通道I0.0測量。信號輸入后要由PLC的高速計數(shù)器(HSCO)進行脈沖計數(shù)，其高速計數(shù)器相關(guān)設(shè)置在pules_1子程序中處理。pules_1子程序除了在主程序第1個掃描周期調(diào)用外，還要在aload_1子程序中在裝車中斷重新啟動裝車時再調(diào)用1次，重新啟動高速計數(shù)。

高速計數(shù)器計算出的脈沖數(shù)要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能得到累積流量，首先高速計數(shù)器的當前值HC0要通過DI_R指令由雙整形(DI)轉(zhuǎn)換成實型(R)，然后再使用MUL_R實型乘法指令乘以質(zhì)量系數(shù)計算出當次累積流量(保存在VD72中)，然后再加上前一次累計流量得出總累積流量(保存在VD40中)，設(shè)定流量與總累積流量的差為待發(fā)流量(保存在VD56中)，相應(yīng)pules_1子程序梯形圖如圖3所示。

圖3　pules_1子程序梯形圖示意

4　結(jié)束語

經(jīng)過調(diào)試，該小型PLC控制器在其定量裝車儀上使用正常，為苯密閉裝車及尾氣回收系統(tǒng)改造項目的順利實施奠定了基礎(chǔ)，實現(xiàn)了定量裝車。隨著國內(nèi)制造和研發(fā)水平的提高，國產(chǎn)PLC的功能和可靠性大幅提高，在小型PLC方面有能力與進口PLC控制系統(tǒng)競爭，能夠得到進一步推廣。

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Application of PLC in Quantitative Loading Controller

Cai Jun， Wang Huwei， Min Xuesi， Fang Hongchang

(Liaoyang Petrochemical Branch Aromatic Hydrocarbon Plant，PetroChina， Liaoyang， 111003， China)

Abstracts： The performance of controller in oil loading influences safety during loading and metering accuracy seriously. Loading controller with domestic technology is selected for benzene closed loading system in one petrochemical company aromatic plant. The structure， principle and performance of the loading controller are introduced. The whole process including start-up， low flow loading， high flow loading， metering， loading ending and interlock logic protection installation of anti-static and anti-overflow alarm for loading system are described further.

oil product loading；loading controller；programmable logic controller

蔡軍(1963—)，男，1987年畢業(yè)于遼陽石油化工專科學(xué)校，2004年畢業(yè)于大連理工大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國石油遼陽石化分公司芳烴廠，從事工廠過程儀表及控制系統(tǒng)管理、技術(shù)改造及開發(fā)工作，任車間主任。

TP273

B

1007-7324(2016)04-0037-03

稿件收到日期： 2016-03-27，修改稿收到日期： 2016-06-05。