面向油氣管道的PLC站控系統設計

孫 超，郭長濱，鹿欽鶴，騰龍飛

（廊坊開發區中油龍慧自動化工程有限公司，河北廊坊 065000）

面向油氣管道的PLC站控系統設計

孫 超，郭長濱，鹿欽鶴，騰龍飛

（廊坊開發區中油龍慧自動化工程有限公司，河北廊坊 065000）

主要研究PLC技術在油氣管道站控系統中的應用，提出了將PLC技術引入到油氣站控系統中，闡述了具體的軟硬件設計過程。通過實踐應用可以看出，基于PLC的油氣管道站控系統功能強，運行穩定性好，操作管理便捷，對于油氣管道的自動化水平的提高具有重要的意義。

PLC；控制系統；設計

1 引言

目前，通過油氣管道運輸仍然是我國油氣輸送的主要方式。隨著中國能源結構的調整和經濟的快速發展，對石油、天然氣能源的需求快速增長，作為我國石油、天然氣主要運輸手段的油氣管道的建設也進入了一個高速發展的時期。油氣管道向著大型化、網絡化和輸送介質多樣化發展。這種發展對油氣管道的控制相應的提出了數字化和智能化的要求。而在油氣管道數字化和智能化的發展道路上，PLC是最基本的控制設備，也是油氣儲運自動化系統的控制核心。

2 控制系統方案

控制系統方案選擇的依據首先是最大限度地滿足生產過程的功能要求。其次要保證控制系統工作安全可靠、穩定運行。最后在滿足控制要求的前提下，力求使系統簡單、經濟，使用及維護方便。考慮到今后生產的發展和工藝的改進，我們引入了PLC控制技術。

PLC可編程邏輯控制器是數據采集和監視控制系統的重要組成部分，屬于一種智能遠程終端裝置與現場控制設備，對于整個數據采集和監視控制系統來說有著極為重要的作用。在油氣管道運輸中應用PLC搭載數據采集和監視控制系統來實施整體的自動化控制。

總的來說，PLC的性能穩定、標準化程度高、可以實現控制要求，同時可以考慮可利用資金，設計開發周期與設備成本等因素，我們最終選擇使用PLC加入人機界面的控制方案。

3 總體設計

油氣管道站控PLC是全分布式的可編程控制器系統，由工作站、控制站、現場設備以及控制網絡組成，具體如圖1所示。

圖1 油氣管道站控PLC系統結構

多于1個的工作站，工作站可以是一臺常規的工業控制計算機，也可以是一臺普通計算機，用于提供上位系統功能，組態、監控、歷史記錄等。

多于1個的控制站PLC，負責現場數據采集、控制運算、網絡通信等，PLC可連接普通的IO設備，也可連接現場總線設備，PLC可通過擴展模塊進行擴展。

多個PLC之間可以相互通信，多個PLC和工作站，以及相關的現場設備共同組成控制網絡，PLC與上位系統的通信支持冗余。

4 硬件設計

油氣管道站控PLC主要由各種模塊和背板構成，模塊主要用于供電、主控制、IO通信等功能，背板則用于不同模塊之間的供電和通信。

模塊可分為電源模塊、控制器模塊、各種IO模塊，通信模塊等，其中控制器模塊又包括了主控制模塊和IO管理模塊。所有模塊都插在相應的背板上，模塊的供電和通信都通過背板進行。

背板可分為電源背板，控制器背板和IO背板，分別用于電源模塊、控制器模塊和IO及通信模塊的供電和通信，背板之間通過背板端子進行連接。

控制器模塊和電源模塊采用冗余方式進行設計，分為主電源/冗余電源，主控制器/冗余控制器，當主電源或主控制器出現故障，冗余電源或冗余控制器接管系統的供電或控制權。

此外還有用于終端匹配的終端匹配模塊，以及背板延長器，用來進行IO擴展，支持更大規模的現場控制和通信。

系統主要構成如圖2所示。

圖2 油氣管道PLC硬件結構

5 PLC嵌入式控制軟件設計

PLC嵌入式控制軟件實現控制器管理、可編程邏輯控制器的邏輯執行、IO控制和網絡化通信等功能（見圖3）。

分布式通信接口負責與上位機系統的通信，包括運行時PLC人機交互軟件的通信以及開發時與PLC編程組態軟件的通信。同時支持控制器間的分布式通信，可實現不同控制器數據傳輸。

圖3 PLC嵌入式控制軟件結構

控制策略運行時系統負責油氣管道自動化控制邏輯的執行，其中管理功能塊負責處理對功能塊的訪問，并對應用進程進行調度。管理功能塊對外（主要是為通訊功能塊）提供了一系列接口來對算法功能塊進行訪問。算法功能塊的實例包括了功能塊算法和功能塊數據兩個部分。對于功能塊的算法，分為兩種情況：一種是固化在控制器內的算法，通過函數調用的方式來實現；另一種是編譯好后通過上位機下載到控制器中的算法，基于虛擬機解釋執行。IO功能塊提供了對功能塊數據或I/O數據的訪問路徑，它通過鏈接對象列表和I/ O模塊列表這兩個對象來查找相應的數據，并為算法功能塊和上位機提供了訪問I/O模塊數據的I/O數據讀寫函數。同時通訊功能塊還能夠處理從底層驅動中斷處理發送到通訊功能塊的數據，并根據鏈接對象列表更新相應的功能塊數據。

設備管理提供PLC系統板級支持，如基本的數據存儲、網絡通信，串行接口，時鐘，電源等功能。

冗余管理提供PLC冗余配置下的軟件支持，包括控制器冗余和IO冗余等。

IO通信驅動接口負責與I/O模塊以及其它遠程IO或現場總線等底層硬件通信。底層模塊驅動為控制器或者控制器的用戶提供了一個與底層的I/O模塊和通訊模塊進行數據傳輸的通道，完成對于I/O模塊數據和通訊模塊數據的收發。

6 結束語

本文首先研究PLC技術在油氣管道站控系統中的應用，對油氣儲運自動化系統的當前狀況進行分析，提出了將PLC技術引入到油氣站控系統中，闡述了具體的軟硬件設計過程。基于PLC的油氣站控系統的開發以及推廣應用，將改變國內油氣管道運輸的技術現狀，提高油氣管道建設的水平和質量。

[1]張晏博.PLC編程及機柜集成的優化在長輸管道自動化方面的應用Ⅲ[J].中國石油和化工標準與質量，2011，53（06）：107-108.

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[3]魏強.基于PLC的全氣動壓藥機系統設計[D].重慶：重慶大學，2010.

[4]SY/T0091—2006，油氣管道計算機系統設計規范[S].

For Oil and Gas Pipeline Station Control System Design

Sun Chao，Guo Chang-bin，Lu Qin-he，Teng Long-fei

Focus on the application of PLC technology in oil and gas pipeline station control system.It expounds the hardware and software design process of the PLC technology，which has been introduced to the oil and gas station control system.Through the practical application，the oil and gas pipeline station control system based on PLC has strong function，good operation stability，convenient operation and management and it has important significance for oil and gas pipeline to raise the level of automation.

PLC；control system；design

TP273；TE977

A

1003–6490（2016）04–0039–02

2016–04–16

孫超（1986—），男，河北廊坊人，工程師，主要從事油氣儲運自動化行業軟硬件研究工作。