MicroLogix1500 PLC在大澇壩站天然氣增壓系統中的應用

羅 輝

(中石化西北油田分公司雅克拉采氣廠，新疆 庫車 842017)

0 引言

大澇壩集氣處理站(以下簡稱大站)使用兩臺天然氣壓縮機，將低壓天然氣增壓后進入氣處理裝置進行脫烴處理。

江漢石油管理局第三機械廠生產的一款往復式壓縮機組2D8-4.8/3.6-65為三級壓縮，其額定進氣壓力為0.36 MPa、額定排氣壓力為6.5 MPa、額定排氣量為4.8 m3/min。機組主機采用對稱平衡型結構，驅動方式為電機驅動，冷卻方式采用全風冷，整體封閉撬裝。該機組以Allen-Bradley公司(以下簡稱A-B公司)的MicroLogix1500 PLC為控制核心進行全自動控制，具有自動化程度高、操作簡單、運行安全可靠和維護方便等優點。

1 控制系統組成

大澇壩集氣處理站天然氣壓縮機組由壓縮機、驅動電機、冷卻風機、注油泵、潤滑油泵、管系設備和控制閥門等組成。控制系統結構組成如圖1所示。

圖1 控制系統結構示意圖Fig.1 Structure of the control system

機組控制系統以MicroLogix1500 PLC為中心，配置相應的壓力、溫度、液位信號變送器、轉換器及人機界面等，可實現控制、監測及報警功能。PLC為主控器，配備輸入、輸出模塊和通信模塊，可實現數據采集與控制功能;具有優良的性能價格比和高可靠性，可確保系統長期穩定地工作。

PLC對各級氣缸和管道的溫度、壓力等模擬信號以及按鈕、開關等數字信號進行采集與處理，進而控制閥門、機泵等的運行狀態。同時，PLC和DCS(Foxboro公司I/A Series系統)通過Modbus協議進行通信，實現上位機監控［1］。

1.1 硬件組成

根據工藝要求，每臺機組共需18個開關輸入量、15個開關輸出量和10個模擬輸入量。單臺機組的控制硬件配置如表1所示。

表1 PLC系統硬件配置表Tab.1 Configuration list of PLC hardware

1.2 軟件組成

PLC編程軟件采用羅克韋爾(Rockwell)公司的RSLogix。它提供了純32位的、極具靈活性和易用型的PLC編程工具軟件，其中，RSLogix500用于MicroLogix1500的編程［2－4］，它與以前任何版本的羅克韋爾軟件兼容，功能強大、操作簡便、界面友好，支持多種編程方式。

RSLogix500梯形圖邏輯編程包是一個提供快速高效解決方案，且擁有工控領域領先的用戶界面的PLC編程軟件;編輯靈活，帶有輸入輸出自動配置，具有強大的數據庫編輯器和診斷、排錯工具以及完善的幫助功能。本系統中采用梯形圖編程。

2 控制要求

為了確保系統能夠安全、可靠、高效地運行，需對整個機組進行全自動控制。根據天然氣壓縮機組運行要求，控制系統主要實現以下功能。

①機組啟動、停止。機組啟動分為現場啟動和遠程啟動，在DCS系統上設置了允許啟動條件，現場控制柜面板上裝設有啟動、停止按鈕，通過邏輯控制實現機組啟停。

②運行參數測量。對壓縮機潤滑油壓力和溫度，機組進氣壓力，一級、二級、三級氣缸排氣壓力和排氣溫度，三級壓縮后工藝氣出口溫度進行測量，測量一次儀表使用4～20 mA的標準電信號。

③預報警和聯鎖停機。在PLC內設定報警值和聯鎖停機值，當測量參數達到報警值時，系統發出報警，直至報警消除;如果測量值達到停機值，則系統聯鎖停機。

④故障停機。當系統出現注油器油位低和油斷流、進氣洗滌罐級間分離器液位高、壓縮機振動過大、電機過載等情況時，上述故障信號以開關量形式輸入到PLC，PLC接收并處理故障信號后保護停機。

⑤輸出控制。在自動模式下，PLC控制主電機、注油泵電機、潤滑油泵電機和風扇電機的啟停。主電機控制時，PLC給出啟動信號，主電機通過自耦變壓器降壓啟動，并反饋運行信號給PLC。同時，PLC根據工況自動控制回流閥和排污閥的運行狀態。

⑥通信。PLC和現場顯示屏通信，顯示機組的運行狀態、運行參數等信息;同時，通過RS-485通信接口，采用Modbus通信協議與DCS系統進行通信，在DCS系統上搭建組態畫面，監控運行參數并記錄參數歷史數據。

3 控制功能的實現

3.1 程序結構

系統控制程序采用結構化的編程方式。結構化編程方式的最大優點在于其有利于整套控制系統的調試和維護，可根據生產或調試的需要，很方便地將某一部分從系統中分離出去，也可以方便地向系統中增加新的控制部分，從而大大提高了系統的可維護性和可擴展性［5－7］。

機組控制程序采用梯形圖編程，程序文件包括系統文件、主程序、數據采集子程序和數據通信子程序，在主程序中調用兩個通用子程序。MicroLogix1500 PLC共有256個數據文件，編號為0～255，其中，文件0～8為系統定義，用戶不能隨意修改，它們依次是輸出文件O0、輸入文件I1、狀態文件S2、位文件B3、定時器文件T4、計數器文件C5、控制文件R6、整數文件N7和浮點數文件F8。本系統中還自定義了7個數據文件，用于存儲傳感器量程、報警值和中間變量等數據。各數據文件和程序文件有機結合，通過數據檢測、指令狀態判斷和相應的狀態處理，實現天然氣壓縮機組的安全可靠運行。

3.2 控制流程基本思想

主程序流程圖如圖2所示。

圖2 主程序流程圖Fig.2 Flowchart of main program

程序采用順序結構。首先，PLC上電初始化，然后調用數據采集子程序和通信子程序［8－9］。子程序完成數據采集、控制條件判斷、報警和停機信號處理、PLC與觸摸屏及DCS數據通信等主要功能后返回到主程序，主程序檢測子程序中的輸出控制信號(位信號)，依據信號狀態開始啟機控制。當控制條件達到要求時，按照程序啟動機組并加載;如果控制條件不滿足，則不啟動機組或聯鎖停機，并反饋故障狀態。

在數據采集子程序中［10］，PLC首先通過輸入模塊獲取機組的模擬量數據與開關量狀態，模擬量數據包括壓力和溫度，開關量包括各類旋鈕、按鈕、故障輸入和繼電器輸入等，然后把獲取的信息按照指定的格式存放在特定數據文件內。接著，PLC對所采集數據與設定的報警值和停機值作比較，當采集到的數據達到報警值和停機值時，對應的位信號導通，位信號狀態可以在主程序和子程序中檢測到，并作為梯級導通條件進行邏輯控制。當檢測到的任何一個壓力、溫度值達到報警值或停機值時，報警位或停機位將被置位，主程序檢測到它們的狀態后進行相應的啟停機控制。

4 結束語

實際應用表明，該系統具有良好的運行特性，且運行穩定、操作和維護方便，較好地達到了天然氣壓縮的生產運行要求。

［1］王安，何亦文.基于組態王的DCS過程控制實驗平臺［J］.自動化儀表，2007，28(6):57 －60.

［2］黃為，王明哲.新型的MicroLogix1500性能分析及工程應用［J］.計算機與數字工程，2005:92－95.

［3］李正軍.計算機測控系統設計與應用［M］.北京:機械工業出版社，2004.

［4］陳堅.羅克韋爾小型PLC控制系統設計與應用實例［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［5］羅輝，胡澤，王文靜，等.基于DSP的異步電機矢量控制系統設計與實現［J］.電力電子技術，2008，42(9):24 －26.

［6］羅輝，胡澤，王文靜.基于DSP的雙閉環可逆PWM直流調速系統設計與實現［J］.儀器儀表用戶，2007，14(6):35 －36.

［7］大澇壩2D8-4.8/3.6-65天然氣壓縮機組技術協議［R］.江漢石油管理局第三機械廠，2004:1－100.

［8］李建忠.單片機原理應用［M］.西安:西安電子科技大學出版社，2002.

［9］易繼鍇，侯媛彬.智能控制技術［M］.北京:北京工業大學出版社，1999.

［10］馬明建，周長城.數據采集與處理技術［M］.西安:西安交通大學出版社，1998.