PLC控制技術(shù)在液化石油氣站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳錦權(quán)

摘 要：為了提高儲(chǔ)罐與機(jī)泵操作的安全性，優(yōu)化站庫(kù)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可在液化石油氣儲(chǔ)罐與機(jī)泵上安裝PLC，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文對(duì)液化石油氣儲(chǔ)罐與機(jī)泵的PLC系統(tǒng)應(yīng)用功能特點(diǎn)、系統(tǒng)性能與現(xiàn)場(chǎng)配置及日常維護(hù)分別進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：液化石油氣儲(chǔ)罐、機(jī)泵;PLC系統(tǒng);監(jiān)控技術(shù);自動(dòng)報(bào)警

中圖分類號(hào)：TE974 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）13-0033-04

Abstract： In order to improve the safety of storage tank and pump operation and optimize the automation control system of station， PLC can be installed on LPG storage tank and pump， so as to realize the application of remote monitoring interlocking protection system more and more widely. In this paper， the application features， system performance， field configuration and daily maintenance of the PLC system for LPG tanks and pumps were described respectively.

Keywords： LPG tank and pump;PLC system;monitoring technology;automatic alarm

液化石油氣屬于易燃易爆物質(zhì)，具有燃燒速度快、火勢(shì)兇猛、輻射熱強(qiáng)、擴(kuò)散蔓延快等特點(diǎn)。一旦因超裝、超壓、超溫致使液化石油氣發(fā)生泄漏，極易引發(fā)爆燃事故，對(duì)人民群眾生命安全和財(cái)產(chǎn)安全造成較大威脅。在液化石油氣站安裝PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，能實(shí)現(xiàn)信息采集、傳遞以及設(shè)備指令執(zhí)行三者的協(xié)調(diào)，進(jìn)一步提高閥組遠(yuǎn)程管理的安全性和可靠性。由此，本文主要介紹PLC控制技術(shù)在液化石油氣站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 液化石油氣站PLC監(jiān)控系統(tǒng)概述

本液化石油氣儲(chǔ)罐、機(jī)泵的PLC監(jiān)控系統(tǒng)[1]采用有效的監(jiān)控手段采集現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)，并通過(guò)可編程的控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，輸出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信息及安全報(bào)警信息，并配合直觀的動(dòng)態(tài)畫(huà)面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)及報(bào)警信息的實(shí)時(shí)畫(huà)面顯示。通過(guò)這些實(shí)時(shí)畫(huà)面，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行操作，從而保證液化石油氣儲(chǔ)罐、充裝屏蔽烴泵、壓縮機(jī)等系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2 系統(tǒng)組成與功能特點(diǎn)描述

2.1 組成及功能概述

2.1.1 組成。PLC監(jiān)控系統(tǒng)主要由電源、中央處理單元、儲(chǔ)存器、輸入和輸出接口線路、功能模塊和通信模塊以及其他配套設(shè)備組成[2]。

2.1.2 功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)液化石油氣儲(chǔ)罐、充裝屏蔽烴泵、壓縮機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的顯示、記錄、存儲(chǔ)、報(bào)警和控制功能。

2.2 功能特點(diǎn)

2.2.1 庫(kù)區(qū)運(yùn)行狀況動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。顯示每個(gè)儲(chǔ)罐的溫度、液位、壓力參數(shù)及庫(kù)存情況。所有參數(shù)隨著現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際過(guò)程狀態(tài)的改變而改變。顯示的顏色或圖形也隨著過(guò)程狀態(tài)的變化而變化。棒狀圖和趨勢(shì)圖顯示在任意一個(gè)畫(huà)面的任何一個(gè)部位。

2.2.2 庫(kù)存計(jì)算。根據(jù)罐體實(shí)際測(cè)量液位和罐內(nèi)介質(zhì)特性，系統(tǒng)可以自動(dòng)計(jì)算出該罐的剩余庫(kù)存數(shù)，并在上位工作站電腦和觸摸屏上顯示出來(lái)。同時(shí)，可以生成生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表，記錄每個(gè)時(shí)刻每個(gè)罐的庫(kù)存數(shù)據(jù)及其變化趨勢(shì)（見(jiàn)圖1）。

2.2.3 歷史數(shù)據(jù)與歷史趨勢(shì)。由于采用的上位監(jiān)控軟件自帶歷史庫(kù)，可通過(guò)配置實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，并針對(duì)站區(qū)數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析，生成歷史趨勢(shì)曲線（見(jiàn)圖2）。

2.2.4 報(bào)表系統(tǒng)。儲(chǔ)罐的庫(kù)存統(tǒng)計(jì)功能通過(guò)軟件的報(bào)表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，可在上位計(jì)算機(jī)上及時(shí)統(tǒng)計(jì)各儲(chǔ)罐的溫度、壓力、液位及庫(kù)存情況，并按照用戶要求的格式生成完整的報(bào)表。這減少了現(xiàn)場(chǎng)操作人員人工抄表的工作量，避免了隨意性。

2.2.5 操作安全系統(tǒng)。系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件采用分級(jí)和分區(qū)保護(hù)的雙重保護(hù)策略。新增用戶組和安全區(qū)管理，999個(gè)不同級(jí)別的權(quán)限和64個(gè)安全區(qū)形成雙重保護(hù)。也就是說(shuō)，只有被授權(quán)的操作人員或管理人員才有權(quán)限對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)操作。不同級(jí)別的人員具有不同的權(quán)限。此外，系統(tǒng)軟件可以記錄程序運(yùn)行中操作員的所有操作。

2.2.6 監(jiān)視與控制功能。監(jiān)視范圍包括液位、溫度、壓力等。這些參數(shù)一旦超過(guò)設(shè)定值，就會(huì)觸發(fā)相應(yīng)動(dòng)作，具體如表1所示。

3 PLC控制系統(tǒng)的選用

3.1 硬件組成

選用ControlEdge? PLC作為本系統(tǒng)的核心控制設(shè)備。這是一款適用于油氣行業(yè)、具有高穩(wěn)定性和可靠性的PLC系統(tǒng)（見(jiàn)圖3）。

ControlEdge? PLC可以與Experion?完美組合，并能通用HMI平臺(tái)，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)試速度更快，提高設(shè)備的診斷效率。OPC UA協(xié)議（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）和內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)安全模塊可與多個(gè)供應(yīng)商的各種儀器、設(shè)備和軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。

ControlEdgeTM PLC配置通用I/O模塊，即同一種I/O模塊可以同時(shí)支持模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出等I/O信號(hào)類型。

3.2 系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性

①ControlEdgeTMPLC支持系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)：包括冗余CPU、冗余電源和冗余通信鏈路連接。

②ControlEdgeTMPLC支持帶電插拔。

③ControlEdgeTM PLC的安全和Hazloc認(rèn)證包括CE、UL US、UL Canada、RCM、CUTR、FM Class 1 Div 2、CSA Class 1 Div 2和ATEX Class 1 Div 2。

④網(wǎng)絡(luò)安全：獲得ISASecure Level 2級(jí)認(rèn)證。具體包括：安全啟動(dòng)，以防止未經(jīng)授權(quán)的軟件上傳;內(nèi)置防火墻，以降低“拒絕服務(wù)”攻擊和“消息溢出”攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)性能

ControlEdgeTM PLC控制器模塊集成4個(gè)網(wǎng)口。

ETH1和ETH2用于與SCADA、HMI和任何其他設(shè)備通信。支持以下通信協(xié)議：①OPC UA 客戶端，客戶端連接數(shù)量為10;②OPC UA 服務(wù)器，服務(wù)器連接數(shù)量為10;③Modbus TCP Master，支持主站連接，最多32（16 per port）;④Modbus TCP Slave，支持從站連接，最多128（64 per port）;⑤從站寄存器數(shù)量，最多8 000;⑥ETH3和ETH4用于I/O連接;⑦冗余系統(tǒng)最大支持12個(gè)I/O機(jī)架，非冗余系統(tǒng)最大支持11個(gè)I/O機(jī)架;⑧支持環(huán)型、冗余和非冗余星型I/O拓?fù)鋄3]。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與配套綜述

4.1 儀表

4.1.1 液化石油氣專用磁致伸縮液位計(jì)。具體參數(shù)如下。測(cè)量范圍：剛性桿式≤5m，根據(jù)儲(chǔ)罐測(cè)范圍確定;精確度：±1mm;分辨率：0.1mm;介質(zhì)：液化石油氣;工作壓力：≤1.6MPa;環(huán)境溫度：-20～50℃;介質(zhì)密度：～0.5g/cm3;電源電壓：24V DC;輸出信號(hào)：4～20mA （DC二線制）;防護(hù)等級(jí)：IP65;防爆：本安型（iaⅡCT6）。

4.1.2 防爆型溫度變送器。具體參數(shù)如下。輸出信號(hào)：4～20mA（DC二線制）;供電電源：DC 24V（12～32V）;量程范圍：0～50℃;準(zhǔn)確度：±0.5℃;環(huán)境溫度：-20～50℃;電氣連接：接線端子或無(wú)線;過(guò)程接口：M27×2螺紋;防護(hù)等級(jí)：IP65;防爆等級(jí)：Exd II CT6 Gb。

4.1.3 防爆型壓力變送器。具體參數(shù)如下。輸出形式：4～20mA（DC二線制）;供電電源：DC 24V;量程范圍：0～2.5MPa;準(zhǔn)確度等級(jí)：0.5級(jí);環(huán)境溫度：-20～50℃;測(cè)量介質(zhì)：液化石油氣;外部零件材料：普通不銹鋼/316L不銹鋼;殼體材料：鑄鋁外殼;防護(hù)等級(jí)：IP65;防爆等級(jí)：Exd II CT6 Gb。

每個(gè)液化氣儲(chǔ)罐分別配置液位、溫度、壓力三個(gè)變送器，每個(gè)烴泵、壓縮機(jī)配置一個(gè)壓力變送器。

4.2 電纜

為保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，現(xiàn)場(chǎng)儀表與PLC系統(tǒng)之間的信號(hào)傳輸采用電纜連接方式，敷設(shè)電源電纜選擇ZR-KVVRP22 8×1.5mm2（銅芯聚氯乙烯絕緣;鎧裝聚氯乙烯護(hù)套控制電纜，每盤(pán)中間沒(méi)有接頭，耐壓等級(jí)：500VAC）。每個(gè)儲(chǔ)罐共用一條電纜，敷設(shè)完成后，預(yù)留兩芯備用。

4.3 防雷

罐區(qū)設(shè)置防止雷電的保護(hù)系統(tǒng)。對(duì)于每個(gè)監(jiān)測(cè)回路，系統(tǒng)中的防雷器進(jìn)行成對(duì)配置，即現(xiàn)場(chǎng)的防爆接線箱內(nèi)為每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表配置了對(duì)應(yīng)型號(hào)的防雷器，控制室的PLC機(jī)柜內(nèi)也為每個(gè)對(duì)應(yīng)的通道配置了相同類型的防雷器。

4.4 接地

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置了全面的接地保護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)遵循《接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50169—2006）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)施和驗(yàn)收?？刂葡到y(tǒng)分別配置了工作接地和保護(hù)接地。

5 維護(hù)保養(yǎng)

設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)工作，依據(jù)工作量大小和難易程度，分為日常保養(yǎng)、一級(jí)保養(yǎng)和二級(jí)保養(yǎng)。

5.1 日常保養(yǎng)內(nèi)容與要求

每天接班前、后10min，周末1h，檢查交接班記錄本，對(duì)設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)檢。嚴(yán)格按照設(shè)備要求進(jìn)行巡檢，做到定時(shí)、定量、定質(zhì)。在工作中，要經(jīng)常檢查設(shè)備各部位的運(yùn)轉(zhuǎn)和系統(tǒng)工作情況，如果出現(xiàn)異常情況，立即通知檢修人員處理。機(jī)柜、監(jiān)控電腦等設(shè)備上嚴(yán)禁放置工具、工件和金屬物品，且嚴(yán)禁腳踏，工作后清理設(shè)備上的雜物，認(rèn)真填寫(xiě)設(shè)備交接班記錄。

5.2 一級(jí)保養(yǎng)設(shè)備內(nèi)容和要求

每月一次，時(shí)間8h，主要保養(yǎng)內(nèi)容如下。①擦洗設(shè)備外觀部分，外觀無(wú)黃袍、無(wú)油垢、物見(jiàn)本色、外觀件齊全、無(wú)破損;儀表金屬外殼、柜壁及設(shè)備連接部分無(wú)銹蝕現(xiàn)象及無(wú)污物。②清洗、疏通系統(tǒng)管路，包括排污閥、液位開(kāi)關(guān)裝置。③檢查并調(diào)整各部位固定螺絲、螺帽、各手柄。④檢查各安全裝置的限位開(kāi)關(guān)、指示燈、信號(hào)、安全保護(hù)裝置，保證其齊全可靠，安裝可靠接地;保證主控機(jī)柜內(nèi)外清潔，無(wú)灰塵、雜物、破損、腐蝕等，柜門(mén)、蛇皮管無(wú)破損;保證電器元件緊固好用，線路整齊、線號(hào)清晰齊全，外罩齊全好用。

5.3 二級(jí)保養(yǎng)設(shè)備內(nèi)容和要求

每半年一次，時(shí)間24～32h，主要保養(yǎng)內(nèi)容如下。調(diào)整精度，調(diào)整壓力、液位、流量、溫度、閥門(mén)等設(shè)備精度，滿足工藝要求;填寫(xiě)記錄登記、存檔;檢查清洗各柜體，保證各柜內(nèi)清潔，無(wú)積垢雜物，并更換易損件。

6 結(jié)語(yǔ)

液化石油氣壓縮機(jī)、充裝屏蔽烴泵及液化石油氣儲(chǔ)罐利用PLC系統(tǒng)與ESD氣動(dòng)切斷系統(tǒng)相結(jié)合的監(jiān)控模式，使監(jiān)控系統(tǒng)的智能化程度大為提高，其報(bào)警及儲(chǔ)存、生產(chǎn)控制功能更為先進(jìn)，能有效預(yù)防事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫少華.PLC在天然氣調(diào)壓站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表，2013（11）：1392-1394.

[2]張玉斌.PLC在燃?xì)庹咀詣?dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].科學(xué)與財(cái)富，2017（8）：61.

[3]吳志剛.PLC在天然氣調(diào)壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].電氣與應(yīng)用，2011（11）：84-86.