OPLC在油氣回收監測系統中的應用

寇立鵬

(中沙(天津)石化有限公司，天津 300271)

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OPLC在油氣回收監測系統中的應用

寇立鵬

(中沙(天津)石化有限公司，天津 300271)

稿件收到日期： 2015-02-13，修改稿收到日期： 2015-08-05。

隨著交通運輸的發展，國內加油站數量迅速增加。加油站作為一個特殊條件場所，由于加油站的油氣泄漏，不僅污染環境，還會給加油站業主帶來經濟損失。國內約8×104座加油站基本沒有進行油氣回收，汽油揮發泄漏損失達880kt/a。

隨著環保和安全越來越受到重視，政府已經開始進行油氣治理行動。目前，天津、石家莊等城市已經完成加油站油氣回收系統的安裝運行工作。油氣回收型加油機的工作狀況，尤其是加油機內油氣回收系統的工作狀態是否正常，直接關系到二次油氣回收的效果和質量。經實際調研，在北京市已完成加油站二次油氣回收改造以及油氣回收加油站的新建，當一些加油機內油氣回收系統出現故障后，在不影響加油機正常加油的情況下，會采取關閉油氣回收系統而使加油機繼續工作的方式，從而使油氣回收系統形同虛設，溢出的混合油氣繼續對周邊環境造成污染，嚴重制約了國家環保發展進程。

為解決上述問題，設計研發了一種在線式油氣回收監測系統，該系統采用OPLC數據采集運算技術，以高精度羅次流量計、壓力傳感器為主要的檢測傳感器件，利用RS-485總線數據傳輸方式及Internet數據發布，使整個系統數據采集、運算、Web發布更加準確和迅速，該系統調試簡單，應用和維護方便，大幅減少了發生油氣泄漏而無人知曉的盲區。

1系統功能及構成

1．1系統功能

該系統能夠實時監測氣液比和油氣回收系統壓力，具備記錄功能，能夠儲存至少1年的數據和報警記錄。通過壓力和流量數據分析油氣回收系統的密閉性、油氣回收管線的液阻和處理裝置的運行情況，并將氣液比、壓力、報警數據通過Web服務器傳送給加油站管理部門以及國家環保局等管理機構，使其能夠了解各區域每個加油站的油氣回收狀態。對油氣回收效率較低或油氣排放較嚴重的加油站，實行回收裝置的改造或站點的關閉。

1．2系統構成

以VISION120 R2C OPLC為中心，上位機與OPLC之間采用RS-485總線進行聯網，OPLC與油氣流量計之間通過RS-485模塊進行數據通信，串口通信協議為Modbus RTU。液體流量脈沖信號通過加油機內部取出，經過隔離后接入OPLC的高速脈沖接口。基于此系統中，RS-485接口最常用，RS-485串行口可以連接多個設備，最大通信距離可以達到1．2km。系統的硬件結構示意如圖1所示。

圖1　系統硬件組成示意

2OPLC數據采集及運算功能設計

2．1OPLC數據采集程序設計

通過對加油槍的研究發現，加油槍從加油機上取下時，加油機的油路泵就已經啟動，但是它的油路只是在內部從溢油閥循環排油，當加油槍上機械式把機受力移動后，加油槍出口被打開，汽油流出。由此可知，現在的加油槍在加油時只是靠機械式把機控制油路的通斷，因而在油氣流量采集中，就不應將油路泵的開啟作為數據采集開始的信號。只有通過OPLC的循環掃描，假如液體脈沖數量大于3個，就判定加油開始，開始對氣體流量、壓力進行檢測；若液體流量脈沖少于3個就判定為加油停止。在完成相關判定后，需考慮采樣的頻率等相關問題。

目前常用的SSRIs包括：氟西汀，舍曲林，帕羅西汀，氟伏沙明，西酞普蘭和艾司西酞普蘭。 常用的SNRIs包括：文拉法辛，去甲文拉法辛，和度洛西汀。SSRIs整體耐受性較好，但是具體藥物的副作用有差異方面，也即不同SSRIs有不同的副作用譜。SSRIs的副作用主要包括惡心嘔吐等胃腸道不適反應，激動/失眠，性功能副作用，體重增加等。SNRIs最常見的副作用與 SSRIs相同，包括惡心和嘔吐，性功能障礙，失眠和激動；與 SSRIs一樣，這些副作用會隨著治療進行而消退。

2．1．1氣液比采集

由于回收系統瞬間的回收體積增大或減少很容易造成油氣泄漏或者空氣的進入，因而對信號的采集按10次/s為單位計算，每10 s求一個10 s內的總平均值，對于不滿10 s的按照實際運行時間計算，取平均采樣值。通過對氣體和液體進行有效值判斷后，進行氣液比運算并存儲。若加油過程還沒有結束，則繼續進行循環計算。如果加油過程結束，則記錄此次加油過程氣液比，累計24 h后，計算日均值，判斷日均值是否在允許范圍內。超出允許范圍，則系統預報警。如果持續7 d的日均值都達到預報警范圍，系統給出報警信號。氣液比數據采集及運算流程示意如圖2所示。

圖2　氣液比數據采集及運算流程示意

2．1．2管路壓力采集

總管壓力的變化在加油的過程中存在一定的滯后，在對其數據的采集中，先判斷是否已加油10 s，若已加油10 s，按10次/s為單位計算，每10 s求1個10 s內的總平均值，對于不滿10 s的按照實際運行時間計算。通過對平均值進行有效性判斷后，記錄平均值，累計24 h后，計算日均值，如果日均值大于700 Pa，進行預報警并記錄日均值，如果連續7 d的日均值都進行預報警，系統給出報警信號。壓力的數據采集及運算流程示意如圖3所示。

圖3　壓力數據采集及運算流程示意

2．2OPLC數據運算

在完成相關數據采集后，OPLC要對從加油機液體流量計、氣體流量計、壓力變送器上采集到的數據，進行解釋、識別、類型轉換及代數運算。通過對每次加油采集的氣體流量總平均值、液體流量總平均值做比值運算，計算當次加油的氣液比。通過計算氣液比，然后對當日加油站所有氣液比做代數比較運算，若氣液比日均值在0．9～1．3，進行存儲記錄，反之則輸出報警并存儲記錄。

氣液比計算公式：

(1)

式中：qV氣/qV液——氣液比；qV1氣——氣體流量計的讀數，L/min；qV1液——加油機流量計1上的最初讀數，L/min；qV2液——加油機流量計2上的最初讀數，L/min。

3通信設計

3．1設計思想

Modbus 協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器之間、控制器經由網絡(例如以太網)和其他設備之間可以通信。它已經成為一種通用工業標準，現在大多數串行通信都支持。OPLC的RS-232/RS-485串口也是通過 Modbus 協議與能夠建立串口通信的外部裝置進行通信。因此，該監測系統中所選用的氣體流量計串口通信也支持Modbus協議，通過RS-485總線連接減少了系統中大量信號電纜的信號干擾和布線繁雜等問題。

3．2OPLC通信協議

VISION120 R2C OPLC通過編程軟件上特定的功能塊進行通信設置，包括讀子機標識、DT矢量器開始端、DT補償矢量器、DT矢量器開始端、DT補償矢量器、DT矢量器長度、狀態信息、總區域、應答次數。上位機與OPLC Port1端口通信的標準Modbus通信配置程序如圖4所示。

圖4　上位機與OPLC Port1端口通信的標準Modbus通訊配置程序

4網絡設計

油氣回收監測系統中上位機采用微型計算機系統，通過組態王等編寫的組態軟件能夠實時、準確、高效地監控氣液比及管路壓力變化。這些軟件自身已集成網絡功能，通過網絡設置，在Internet上發布油氣監測數據。基于Internet的遠程監控系統可以分為三層： 數據采集層、上位機監控層及遠程客戶監控層。

1) 數據采集層。由智能氣體流量計、智能壓力變送器和OPLC組成，該系統中不需要對現場參數進行控制，因而OPLC為該系統的數據采集模塊。它完成數據采集層的數據采集，并與監控層進行數據交互，是整個系統的基礎，系統的檢測和控制都集中在此層，因而該層具有較高的可靠性、穩定性。數據采集層的核心是OPLC及現場總線，數據檢測、采集裝置以網絡節點的形式掛接在總線上。

2) 上位機監控層。該層從現場設備中OPLC中獲取數據，完成各個監控策略、運行參數的監測、報警、分析等功能，即實現本地監控的功能。該層的核心是監控組態軟件，通過網絡設置以太網和總線接口與上層和下層相連，協調網絡節點間的數據通信，這種連接方式使系統配置更加靈活、方便。

3) 遠程客戶監測層。主要目的是在分布式網絡環境下構建一個安全的遠程監測系統。系統中開發的Web服務器是一個提供遠程監測服務功能的網站服務器。在Web服務器中通過客戶端的ActiveX控件從服務器上監測油氣監測數據。

5結束語

為解決油氣回收裝置在故障狀態下的油氣泄漏問題，應用VISION120 R2C OPLC設計了一種簡單、高效的油氣監測系統。通過有效利用PLC強大的運算功能和獨特的I/O配置以及標準的Modbus，GSM/SMS和其他先進的通信功能，使監測系統具有快速的數據處理能力，大幅提高數據采集的實時性、有效性。系統結構簡單，控制與數據采集處理性能優良，在環保監測領域具有良好的發展前景。

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西門子柴電推進系統助力船廠節省燃油成本

西門子為中國臺灣國際造船公司的4艘6.5萬噸半潛甲板運輸船(SSDCV)提供柴電推進系統和其他附件。相比傳統的機械推進技術，柴電推進系統可將燃油成本降低15%，它擁有功率管理功能。同時，相關的螺旋槳、船舵和推進器在船舶低速運行時可增強其機動性。每套推進系統均擁有由低壓電機和變頻器組成的全集成驅動系統，各類組件之間可實現完美的相互配合，有助于船舶運行更經濟節能。壓載水泵可幫助有效控制和處置污染物，減少海洋污染。

西門子股份公司石油、天然氣及船舶業務部總經理Mario Azar表示：“先進的柴電推進系統可提升船舶的燃油效率和機動性，同時利用相關的水泵技術保護周圍環境。能與中國臺灣國際造船公司在這一重要項目上密切合作，深感榮幸。同樣令人欣慰的是西門子推進系統已被石油、天然氣及船舶行業廣泛采納。”

該系統計劃于2017年年底前交貨。包含4臺4 MW低壓Simotics電機、4臺低壓Sinamics變頻器和相應的變壓器。供貨范圍還包括為每艘船舶提供約7 MW的主發電機、中壓配電柜、電源管理系統、變流器和壓載水泵變壓器以及配電變壓器、可調螺距螺旋槳、襟翼舵及船首船尾隧道式推進器。

SSDCV專為承載重型負荷而設計，比如用于運送船舶、自升式鉆臺、浮式和非浮式模塊等。它們可以浸沒在水中，讓貨物漂浮到相應位置，而無需將其移出水面。或者說，它們無需啟用浸沒功能即可裝載貨物。未來幾年，市場對這類船舶的需求勢必會呈上升之勢。(西門子中國有限公司)

摘要：針對加油站油氣回收裝置故障時的油氣泄漏問題，設計研發了一種在線式油氣回收監測系統。該系統采用OPLC數據采集運算技術和數據總線通信技術，通過壓力、流量數據分析油氣回收系統的密閉性、油氣回收管線的液阻和處理裝置的運行情況，并將監測數據通過Web服務器傳送給相關的管理部門，實現了實時監測、實時遠程發布，可在線連續監測回收油氣的氣液比、管線的密閉性及液阻等。

關鍵詞：油氣回收監測系統氣液比組態液阻

Application of OPLC in Oil&Gas Recovery Monitoring SystemKou Lipeng

(Zhongsha (Tianjin) Petrochemical Co． Ltd．， Tianjin， 300271， China)

Abstracts： Aiming at the problem of oil&gas leaking during oil&gas recovery installation failure at gasoline station， an on-line oil&gas recovery monitoring system is designed． OPLC data acquisition operation technology and data bus communication technology are adopted to analysis leakproofness of oil&gas recovery system， fluidic resistance of recovery pipeline and running situation of treatment installation with pressure and flow data． Monitoring data is transferred to management department through Web service with realization of real-time monitoring and remote distribution． On-line continuous monitoring of vapor liquid ratio for recycling oil&gas， pipeline leakproofness and fluidic resistance are achieved．

Key words：oil&gas recovery monitoring system; vapor liquid ratio; configuration; fluidic resistor

中圖分類號：TP274

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)05-0048-04

作者簡介：寇立鵬(1972—)，男，1993年畢業于天津理工學院自動化儀表專業，獲學士學位，現就職于中沙(天津)石化有限公司，任工程師。