海上平臺(tái)AB系列PLC系統(tǒng)的自主搭建及應(yīng)用

李文皓，劉 靖

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300457)

0 引 言

隨著海洋石油事業(yè)的飛速發(fā)展，海上采油平臺(tái)人員流動(dòng)性顯著增強(qiáng)，但問(wèn)題隨之而來(lái)：新員工普遍存在理論知識(shí)豐富，但與生產(chǎn)實(shí)際有不同程度的脫節(jié)，且動(dòng)手能力差的問(wèn)題。如何在不影響生產(chǎn)流程和設(shè)備運(yùn)行的前提下盡快讓新員工掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行原理，提高動(dòng)手能力，滿足崗位要求，成為各海上平臺(tái)面臨的新課題。

基于以上問(wèn)題，筆者提出建立 AB系列 PLC(Programmable Logic Controller)系統(tǒng)的計(jì)劃，即利用平臺(tái)現(xiàn)有使用較多的 AB系列 PLC的設(shè)備及備件，在保障安全的前提下，自主搭建系統(tǒng)，進(jìn)行與平臺(tái)實(shí)際聯(lián)系密切的各種儀表試驗(yàn)，貼近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，使新員工能盡快深入了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備原理，提高動(dòng)手能力。

1 設(shè)計(jì)需求

1.1 設(shè)計(jì)思路

利用平臺(tái)現(xiàn)存 AB系列 PLC系統(tǒng)硬件，搭建一套小型PLC系統(tǒng)，通過(guò)編寫程序，實(shí)現(xiàn)單回路的邏輯控制輸出或連鎖邏輯的輸出，同時(shí)與電氣專業(yè)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的自動(dòng)起停及狀態(tài)顯示。

系統(tǒng)電源來(lái)自于電氣試驗(yàn)臺(tái)的 110,VAC，通過(guò)主開關(guān)CZ接入2個(gè)分開關(guān)CK1與CK2。CK1接入卡件電源模塊 PRI為卡件底板供電；CK2接入穩(wěn)壓變壓器 PS為外接儀表供電(如壓力、溫度變送器)。將 DI、DO、AI、AO 的所有通道都接到端子排接出，方便試驗(yàn)時(shí)接線。利用RSlogix5000來(lái)編程實(shí)現(xiàn)各種功能，采用梯形圖來(lái)編寫程序。

圖1 PLC系統(tǒng)原理圖Fig.1 Schematic diagram of PLC system

1.2 功能設(shè)計(jì)

1.2.1 數(shù)字控制回路

①開關(guān)量輸出

從 DI卡件接入一手動(dòng)開關(guān) K1，從 DO卡件的2個(gè)通道分別接出2個(gè)指示燈L1與L2。編寫程序，實(shí)現(xiàn)當(dāng)K1閉合時(shí)，L1燈亮，L2燈熄滅；當(dāng)K1斷開時(shí)，L1燈亮，L2燈熄滅。

②電機(jī)啟停控制

從DI卡件接入兩個(gè)按鈕開關(guān)K1、K2，從DO卡件的一個(gè)通道接出兩個(gè)指示燈 L1和 L2，L1為電機(jī)運(yùn)行指示燈，L2為電機(jī)停止指示燈。編寫程序，實(shí)現(xiàn)當(dāng) K1按下時(shí)，L1燈亮，L2燈滅，表示電機(jī)啟動(dòng)；K2按下時(shí)，L1熄滅，L2燈滅，表示電機(jī)停止(待電氣試驗(yàn)箱完成后，將輸出給 L1的信號(hào)給電氣試驗(yàn)箱上的電機(jī)控制繼電器，用PLC控制繼電器的吸合和斷開，而控制接觸器線圈的通電與斷開，來(lái)控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止)。

此外，在 DI的輸入端接入溫度開關(guān)、壓力開關(guān)、溫度開關(guān)可實(shí)現(xiàn)溫度、壓力高低報(bào)警、關(guān)斷，液位高低報(bào)警開關(guān)。

1.2.2 模擬控制回路

①模擬壓力高低報(bào)警

從 AI卡件接入壓力變送器 PT-01，從 DO卡件的2個(gè)通道分別接出低壓報(bào)警指示燈L3與高壓報(bào)警指示燈 L4。編寫程序?qū)崿F(xiàn) PT-01的低壓報(bào)警與高壓報(bào)警燈光顯示，如設(shè)定 1,000,kPa為低壓報(bào)警值，2,000,kPa為高壓報(bào)警值。當(dāng)系統(tǒng)開始工作后，由于壓力低于 1,000,kPa，低壓報(bào)警指示燈 L3亮；將手動(dòng)打壓裝置連接到壓力變送器取壓口進(jìn)行打壓，當(dāng)壓力超過(guò) 1,000,kPa后，低壓報(bào)警指示燈 L3熄滅；繼續(xù)打壓，當(dāng)超過(guò)2,000,kPa后，高壓報(bào)警指示燈L4亮。

液位、溫度高低報(bào)警同上。

②模擬調(diào)節(jié)閥的控制

仍由壓力變送器提供4～20,mA信號(hào)輸入AI卡件，從 AO卡件接出到萬(wàn)用表，檢測(cè)輸出電流大小并以之表示閥開度。

2 系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 硬件搭建

PLC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由電源模塊、CPU、I/O卡件、按鈕及指示燈等組成。安裝過(guò)程中應(yīng)注意固定牢固，安裝完成之后檢查接線是否有錯(cuò)誤。

圖2 PLC硬件圖Fig.2 PLC system hardware

2.2 程序組態(tài)及下裝

程序下裝過(guò)程中注意以下幾點(diǎn)：

①上傳或下載程序時(shí)，要將 PLC打到“遠(yuǎn)程”或“編程”模式；

②在“go offline”狀態(tài)下才可進(jìn)行程序的編輯；③程序運(yùn)行過(guò)程中不允許上傳或下載程序；

④在賦予輸入輸出點(diǎn)地址時(shí)一定要查實(shí)物理接線；

⑤當(dāng)聯(lián)機(jī)顯示程序運(yùn)行正常，而無(wú)輸出時(shí)，用萬(wàn)用表檢查相關(guān)接線。

2.3 功能測(cè)試

以模擬電機(jī)啟停程序測(cè)試為例。

①試驗(yàn)原理

本試驗(yàn)通過(guò)軟件梯形圖模擬電機(jī)的啟停，啟停按鈕由觸點(diǎn)開關(guān)代替，電機(jī)由繼電器模擬；按啟動(dòng)按鈕，信號(hào)由 DI的第一邏輯位輸入，此時(shí)邏輯繼電器吸合，經(jīng)ESD模塊的轉(zhuǎn)換(可選)，由DO的第一邏輯位輸出，繼電器吸合，運(yùn)行指示燈亮，繼電器吸合；按停止開關(guān)，停止信號(hào)由 DI的第二邏輯位輸入，PLC處理后，經(jīng) ESD模塊轉(zhuǎn)換，由 DO的第三邏輯位輸出，停止指示燈亮，繼電器斷開。

②試驗(yàn)步驟

程序通過(guò)以下邏輯圖實(shí)現(xiàn)(見圖3)。

圖3 啟停信號(hào)邏輯Fig.3 Start and stop logic

在PLC的“運(yùn)行”模式下，按下啟動(dòng)按鈕后，邏輯線圈、中間邏輯線圈和輸出邏輯線圈均得電(見圖 4)。

圖4 輸出邏輯動(dòng)作Fig.4 Output logic action

繼電器動(dòng)作輸出，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行指示燈亮，同理當(dāng)按下停止按鈕之后，運(yùn)行指示燈滅，停止運(yùn)行指示燈亮(見圖 5)。

圖5 啟動(dòng)、停止?fàn)顟B(tài)指示Fig.5 Start and stop state instructions

3 應(yīng)用結(jié)果分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，儀表人員對(duì) PLC整體系統(tǒng)搭建有了深度認(rèn)識(shí)。由于參與者目前對(duì)于 PLC系統(tǒng)認(rèn)識(shí)僅限于程序讀取和查看，并沒有真正接觸到整套系統(tǒng)硬件的組裝配置、硬件內(nèi)部的設(shè)置、程序的編輯等過(guò)程，通過(guò)親手去做，能夠熟悉整個(gè)過(guò)程，小到對(duì)每一個(gè)卡件的接線，大到PLC內(nèi)部每一個(gè)設(shè)置細(xì)節(jié)，可以說(shuō)已經(jīng)對(duì) PLC的認(rèn)識(shí)有了飛躍式提升。并且，通過(guò)對(duì)模擬信號(hào)故障設(shè)備檢修后的檢測(cè)、離散量故障設(shè)備檢修后的檢測(cè)，可以對(duì)平臺(tái)庫(kù)存中的備件，主要是透平的燃油、燃?xì)?、可?dǎo)葉片等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行零點(diǎn)和量程標(biāo)定，使參與者對(duì)平臺(tái)的備件有一個(gè)良好的認(rèn)知。

4 結(jié) 論

針對(duì)平臺(tái)現(xiàn)有設(shè)備搭建了一個(gè)小型的 PLC系統(tǒng)，分硬件部分和程序編寫兩部分，實(shí)現(xiàn)的具體功能主要是模擬平臺(tái)的設(shè)備運(yùn)行狀況。通過(guò)試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)，使新員工對(duì) PLC各卡件工作原理及工作過(guò)程中卡件的狀態(tài)指示有了更深刻的印象，對(duì)Logic5000的使用也更為熟悉。同時(shí)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的不斷完善與改進(jìn)，使之具備更多功能，成為科技創(chuàng)新的練兵場(chǎng)?！?/p>

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