PLC在煤氣加壓站的應(yīng)用

?

PLC在煤氣加壓站的應(yīng)用

王成林

（陽(yáng)泉市煤氣公司，045000）

摘要：隨著微電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的進(jìn)步，PLC已經(jīng)發(fā)展成為“以微處理器作基礎(chǔ)，集3C技術(shù)為一體”的新型工業(yè)控制裝置。當(dāng)前，PLC廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、機(jī)械制造、化工、能源等領(lǐng)域。我公司充分應(yīng)用PLC技術(shù)對(duì)西區(qū)儲(chǔ)配站站控系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和完善，為用戶的安全用氣提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

關(guān)鍵詞：PLC；站控系統(tǒng)；通訊

0　概述

我公司西區(qū)儲(chǔ)配站由中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，于1996年開工建設(shè)，2002年建設(shè)完工并投入使用，西區(qū)儲(chǔ)配站設(shè)計(jì)輸配能力 35萬(wàn)m3/日，站內(nèi)設(shè)有5萬(wàn)立方米濕式儲(chǔ)氣柜一座，60 m3/min羅茨煤氣風(fēng)機(jī)六臺(tái)，該站氣源由附近的大陽(yáng)泉煤礦、西峪煤礦供給，供氣壓力3500Pa。儲(chǔ)配站向外供氣壓力50kPa，主要擔(dān)負(fù)大陽(yáng)泉周邊區(qū)域居民、商業(yè)、公福用戶及南外環(huán)沿線工業(yè)用戶的高峰調(diào)峰輸配任務(wù)。

西區(qū)儲(chǔ)配站建設(shè)完工并投入使用以來(lái)，累計(jì)輸配煤氣5億立方米，為陽(yáng)泉市的煤氣發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)，然而自西區(qū)儲(chǔ)配站建設(shè)投運(yùn)以來(lái)，該站的站控系統(tǒng)尚為空白，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)和用氣高峰時(shí)段的調(diào)峰調(diào)度仍采用原始的壓力表和調(diào)度電話通知方式，由于煤氣壓力有波動(dòng)，僅僅依靠?jī)x表調(diào)節(jié)，容易產(chǎn)生震蕩、用人工調(diào)節(jié)有一定的困難；通過(guò)人工調(diào)節(jié)煤氣閥門的開度實(shí)現(xiàn)調(diào)壓（保證出口壓力平穩(wěn)），費(fèi)時(shí)費(fèi)力。隨著安全供氣要求的不斷提高和城鎮(zhèn)供氣需求的不斷增大，在西區(qū)儲(chǔ)配站建設(shè)站控系統(tǒng)并將其作為陽(yáng)泉市煤氣公司SCADA生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制單元?jiǎng)菰诒匦小?/p>

1　PLC特點(diǎn)及應(yīng)用

1.1PLC的特點(diǎn)

（1）通用性和靈活性強(qiáng)；

（2）抗干擾能力強(qiáng)，高可靠性；

（3）編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易掌握；

（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作量少，可有效降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；

軟、硬件采用模塊化、積木式結(jié)構(gòu)，組件商品化；軟件編程實(shí)現(xiàn)控制功能，避免過(guò)多的硬接線；采用面向用戶的工業(yè)控制編程語(yǔ)言，具有強(qiáng)制和仿真功能，可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行編程和模擬調(diào)試，然后再到現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，減少設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期；具有完善的故障診斷和顯示報(bào)警功能，便于快速查找和迅速排除故障，PLC本身性能穩(wěn)定，故障率低，模塊式結(jié)構(gòu)，維護(hù)簡(jiǎn)單快捷。

（5）功能強(qiáng)大、功能的擴(kuò)展能力較強(qiáng)；

（6）體積小、重量輕、易于機(jī)電一體化。

1.2PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

（1）開關(guān)量的邏輯控制

自動(dòng)化生產(chǎn)線、機(jī)床電氣控制、沖壓機(jī)械、鑄造機(jī)械、運(yùn)輸帶、包裝機(jī)、飛剪、閥門開關(guān)調(diào)節(jié)等控制。

（2）運(yùn)動(dòng)控制

金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)械、裝配機(jī)器人、電梯、閥門開度調(diào)節(jié)等。

（3）閉環(huán)過(guò)程控制

溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量閉環(huán)控制。

（4）數(shù)據(jù)處理

數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等

（5）通信聯(lián)網(wǎng)

PLC與遠(yuǎn)程I/O、PLC之間、PLC與其它智能控制器之間實(shí)現(xiàn)通訊。

2　站控系統(tǒng)的改進(jìn)

2.1方案闡述

（1）西區(qū)儲(chǔ)配站采用非冗余PLC控制系統(tǒng)，對(duì)儲(chǔ)配站氣柜高度、管網(wǎng)進(jìn)出口壓力、風(fēng)機(jī)出口壓力及啟停狀態(tài)、計(jì)量系統(tǒng)以及加臭系統(tǒng)的隨動(dòng)控制等相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行采集監(jiān)控，同時(shí)控制變頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)出口壓力的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，另外還具備與ESD緊急停車系統(tǒng)接口功能。

站控系統(tǒng)控制器/通訊模塊/總線使用冗余配置, 以實(shí)現(xiàn)站內(nèi)每個(gè)過(guò)程量測(cè)量和控制，配備工程師站/操作站。如下圖1所示。

圖1　

（2）具體站控工藝檢測(cè)控制點(diǎn)及I/O量：

氣柜高度：AI1點(diǎn)

管線總進(jìn)口壓力：AI1點(diǎn)

管線總出口壓力AI2點(diǎn)

風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力AI1點(diǎn)

風(fēng)機(jī)出口壓力AI6點(diǎn)

管網(wǎng)濃度AI2點(diǎn)

環(huán)境濃度AI6點(diǎn)

流量RS4854點(diǎn)

流量AO2點(diǎn)

風(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)DI6點(diǎn)

變頻器故障DI2點(diǎn)

排風(fēng)機(jī)控制DO6點(diǎn)

西區(qū)儲(chǔ)配站站控系統(tǒng)作為將來(lái)SCADA生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制單元，除完成對(duì)所處站場(chǎng)的監(jiān)控任務(wù)外，同時(shí)負(fù)責(zé)將有關(guān)信息傳送給調(diào)度控制中心并接受和執(zhí)行其下達(dá)的命令。

2.2方案實(shí)施

2.2.1硬件

站控系統(tǒng)（SCS）主要由過(guò)程控制單元、操作員工作站、通訊系統(tǒng)及接口等構(gòu)成。過(guò)程控制單元采用可靠性高的可編程序邏輯控制器(PLC)。人機(jī)接口的操作員工作站采用微型計(jì)算機(jī)。

可編程序邏輯控制器(PLC)主要由處理器、I/O系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、電源、安裝附件等構(gòu)成。系統(tǒng)采用非冗余系統(tǒng)。

A、可編程序邏輯控制器（PLC）

（1）處理器模件

PLC處理器以32bit CPU為基礎(chǔ)，存儲(chǔ)器鋰電池支持的CMOS或不易失效的其它類型的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器應(yīng)可用軟件將其分區(qū),分別用于存儲(chǔ)控制程序和數(shù)據(jù)表。存儲(chǔ)器應(yīng)備有相當(dāng)余量，其擴(kuò)展應(yīng)是模塊化的，不用更換原設(shè)備和變動(dòng)程序。

PLC需可通過(guò)可編程的通訊口和第三方計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或其他智能儀表通訊。需能完成不同通訊協(xié)議間的轉(zhuǎn)換，具有和第三方通訊的能力，所選PLC需具有模塊化的接口擴(kuò)充能力，支持包括CCITT協(xié)議規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口。

本方案采用SIMATIC S7-300系列PLC,所選PLC需有自診斷功能，處理器升級(jí)采用FLASH方式，不需要更換CPU。

所選PLC需組態(tài)靈活、功能齊全、易擴(kuò)展、維護(hù)方便、自診斷能力強(qiáng)、性能可靠。PLC在外電源掉電情況下保護(hù)源程序，在外電源恢復(fù)情況下需能自動(dòng)恢復(fù)數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制。

所選PLC輸入、輸出信號(hào)需相互隔離，如有一路出現(xiàn)故障不會(huì)影響到其他通道的運(yùn)行，輸入、輸出端子電氣絕緣強(qiáng)度不小于500VAC。

PLC需具有防雷擊、浪涌電流傷害能力和抗電磁干擾能力。

PLC模塊的輸入、輸出接口都需留有15%的冗余。

（2）I/O模件

PLC的輸入模塊和輸出模塊應(yīng)有故障自診斷功能，且應(yīng)具有防雷擊和浪涌保護(hù)功能。I/O模塊應(yīng)是多通道的。

a、模擬輸入模塊

模/數(shù)轉(zhuǎn)換器最少為12位,共模抑制比大于80dB,輸入相互隔離。模擬量輸入模板上應(yīng)有報(bào)警限位設(shè)定。現(xiàn)場(chǎng)變送器所需24V DC電源由承包商提供。輸入信號(hào)4～20mADC或1～5VDC可任選。前面板有LED狀態(tài)顯示。

b、模擬輸出模塊

數(shù)/模轉(zhuǎn)換器最少為12位,輸出4～20mADC或1～5VDC信號(hào)，具有輸出隔離、短路保護(hù)和斷路報(bào)警等功能。帶負(fù)載能力不小于500Ω。

c、開關(guān)量輸入模塊

開關(guān)量輸入模塊應(yīng)采用光電隔離,能承受380VAC的峰值電壓，輸入與地隔離。現(xiàn)場(chǎng)觸點(diǎn)為無(wú)源型。所需24VDC電源由承包商提供。

d、開關(guān)量輸出模塊

開關(guān)量輸出模塊的接點(diǎn)容量不小于24VDC、1A，輸出應(yīng)有短路保護(hù)且與地隔離。所有DO點(diǎn)加裝中間繼電器。

e、以太網(wǎng)通信模塊

應(yīng)能支持標(biāo)準(zhǔn)的RJ45以太網(wǎng)接口，具有WEB SERVER功能，通信速率在10/100Mbps。

f、電源模塊

供電電源220VAC，50HZ，應(yīng)采用2塊冗余電源模塊，并將其安裝在擴(kuò)展機(jī)架的兩個(gè)槽位中，可以不中斷運(yùn)行且在線更換電源模塊。

g、串口通信設(shè)備/模件

應(yīng)具有與業(yè)主供站場(chǎng)智能設(shè)備通信的能力，采用RS-232或RS-485串行通信接口,通信速度可在9600～19200位/秒之間任選，通信協(xié)議為MODBUS。

h、網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)符合IEC控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，其速率應(yīng)大于1.5Mbps。速度是恒定的，不能隨節(jié)點(diǎn)和長(zhǎng)度的變化而變化。

2.2.2工作站

站控系統(tǒng)不單獨(dú)設(shè)置工程師站，采用工程師站和操作員站共用的方式。操作員工作站是操作人員與站控制系統(tǒng)的人機(jī)接口，現(xiàn)場(chǎng)操作員通過(guò)它可詳細(xì)了解運(yùn)行情況，并可下達(dá)操作控制命令，從而完成對(duì)所處站場(chǎng)的監(jiān)控和管理。

2.2.3UPS電源

在正常供電系統(tǒng)突發(fā)故障時(shí)，電池能維持本地監(jiān)控系統(tǒng)正常工作4個(gè)小時(shí)。

2.2.4防浪涌保護(hù)器

控制系統(tǒng)均應(yīng)在有可能將由于雷擊（直擊雷、感應(yīng)雷等）產(chǎn)生的高壓導(dǎo)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接口位置設(shè)置完善的防雷擊和浪涌保護(hù)措施。

2.2.5軟件

為完成站控制系統(tǒng)任務(wù)，最少應(yīng)配下列軟件:監(jiān)控軟件、組態(tài)軟件、操作員工作站操作系統(tǒng)軟件。

方案軟件采用SIEMENS公司的監(jiān)控軟件WinCC7.0。WinCC具有控制自動(dòng)化過(guò)程的強(qiáng)大功能，是具有極高性價(jià)比的SCADA級(jí)的操作監(jiān)視系統(tǒng)。WinCC的顯著特性就是全面開放，它很容易結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的和用戶的程序建立人機(jī)界面，滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要。用戶可應(yīng)用 WinCC作為系統(tǒng)擴(kuò)展的基礎(chǔ)，通過(guò)開放接口開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口WinCC很容易集成到全廠范圍的應(yīng)用系統(tǒng)中。

2.2.6視頻監(jiān)控功能設(shè)計(jì)

a監(jiān)視控制中心可對(duì)前端監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)布防撤防，進(jìn)行防盜設(shè)置；

b室內(nèi)攝像機(jī)通常在日光和人造光下工作；室外為全天候工作。

c監(jiān)控點(diǎn)報(bào)警時(shí)能自動(dòng)記錄報(bào)警事件；可對(duì)當(dāng)前遠(yuǎn)程監(jiān)控的窗口進(jìn)行錄像；可隨時(shí)調(diào)看遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)的歷史資料及本地的錄像資料；

d系統(tǒng)登錄及系統(tǒng)操作口令和界面鎖定功能使系統(tǒng)更安全，具備用戶分級(jí)管理功能；

e正常控制應(yīng)將優(yōu)先權(quán)分配給操作人員的控制盤，使攝像機(jī)的操作功能得以進(jìn)行；

3　小結(jié)

對(duì)西區(qū)儲(chǔ)配站站控系統(tǒng)應(yīng)用PLC技術(shù)后，使得煤氣供氣壓力調(diào)整更加快捷準(zhǔn)確，煤氣壓力穩(wěn)定性得到更高的保證。進(jìn)一步提高了用戶用氣的安全性，也為陽(yáng)泉市煤氣公司今后SCADA系統(tǒng)的建設(shè)打下了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張萬(wàn)忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.第三版.2013

[2] 康士臣.一種基于PID的溫度監(jiān)控系統(tǒng).化學(xué)工程與裝備.

[3] 張志強(qiáng)、于立波、田志強(qiáng).Siemens PLC在廢水處理回用控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.自動(dòng)化與儀表.

The application of PLC in gas pressurization station

Wang Chenglin

（Yangquan city gas company，045000）

Abstract：With the rapid development of microelectronics technology,computer technology and network communication technology,PLC has become "with microprocessor as the foundation,set of 3 c technology is an organic whole" new type of industrial control device.At present,PLC is widely used in steel,mining, machinery manufacturing,chemical industry,energy and other fields.Our company fully application of PLC technology ChuPeiZhan station control system to improve and perfect for the west side,gas/better quality of service for the user's safety.

Keywords：PLC;The station control system;communication