機(jī)場(chǎng)油庫作業(yè)自動(dòng)化模擬系統(tǒng)

倪成全，胡長(zhǎng)淮，楊昕明，陳俊宏，吳倩

（中國(guó)民航大學(xué)，天津 300300）

1 引言

機(jī)場(chǎng)油庫是高危作業(yè)場(chǎng)所，在管理上嚴(yán)禁無資質(zhì)人員操作，這就給學(xué)生的實(shí)習(xí)和培訓(xùn)帶來困難。學(xué)生在學(xué)校的學(xué)習(xí)過程中接觸不到實(shí)際的操作流程，不利于其對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，并且，也不利于其更快地適應(yīng)到以后的機(jī)場(chǎng)油庫作業(yè)當(dāng)中。因此，我們開發(fā)了某機(jī)場(chǎng)油庫作業(yè)模擬系統(tǒng)，讓學(xué)生自己動(dòng)手來完成油庫的作業(yè)模擬，以及對(duì)一些事故工況進(jìn)行解決，并且在該過程中會(huì)對(duì)學(xué)生的操作進(jìn)行打分，以進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

2 油庫作業(yè)模擬技術(shù)現(xiàn)狀

油氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)領(lǐng)域的作業(yè)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)目前有兩類，一類是利用水或者油作為介質(zhì)的仿真模擬裝置，通過泵作為動(dòng)力裝置，以透明塑料管為管路，不僅可以讓學(xué)員真實(shí)直觀地觀察管路中流體的流動(dòng)，還可以模擬流體流動(dòng)的壓力。這一類的模擬系統(tǒng)需要學(xué)員們手動(dòng)打開閥門開關(guān)。另一類是利用觸摸屏和PLC控制器采集控制閥的動(dòng)作，用LED燈帶模擬流體流動(dòng)和作業(yè)過程。相比傳統(tǒng)的仿真裝置，這一類的系統(tǒng)可以讓學(xué)生更加直觀地觀察到整個(gè)機(jī)場(chǎng)油庫的流程[1]。

3 系統(tǒng)構(gòu)成及原理

我們經(jīng)過充分的調(diào)研，根據(jù)國(guó)內(nèi)典型機(jī)場(chǎng)油庫的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了機(jī)場(chǎng)油庫作業(yè)模擬系統(tǒng)，用CAD畫出整個(gè)運(yùn)行流程并且采用亞克力噴繪的形式制作了流程板，采用流程板模擬現(xiàn)場(chǎng),用指示燈和儀表模擬現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)和工藝的變化過程。我們采用了以觸摸屏控制PLC的方式，而PLC輸出與流程板相連，可以直接控制電路中LED燈的關(guān)閉和開啟來模擬現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中油品的流動(dòng)。系統(tǒng)構(gòu)成的主要三大部件為觸摸屏，PLC控制器和流程板。

在這里我們?cè)敿?xì)地介紹一下流程板以及通過流程板能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。

流程板上的部件主要有過濾分離器、儲(chǔ)存罐、使用罐、零位罐、加油泵、加油車以及壓力表和流量計(jì)等儀表。從航油系統(tǒng)來油后，油品經(jīng)過過濾分離器，進(jìn)入航油儲(chǔ)存罐。從儲(chǔ)存罐發(fā)出的油經(jīng)過泵通往機(jī)場(chǎng)方向。飛機(jī)的加油方式主要有兩種，一種是管線加油，另一種是加油車加油，兩種方式同時(shí)進(jìn)行。我們?cè)诹鞒贪搴竺嬖O(shè)置了LED等待，通過LED燈帶的開啟與關(guān)閉來顯示油品的流動(dòng)，以及泵和過濾分離器是否工作也有LED顯示。我們把儲(chǔ)存罐和使用罐的高度分為了6個(gè)部分，當(dāng)管線往油罐中輸送油品時(shí)，油罐6個(gè)液面高度所代表的LED燈會(huì)依次亮起。當(dāng)油罐處于裝滿狀態(tài)時(shí)，6個(gè)高度LED燈處于全部開啟狀態(tài)。同理，當(dāng)油罐往停機(jī)坪輸油時(shí)，6個(gè)高度LED燈又會(huì)依次熄滅。我們?cè)诠苈犯魈幵O(shè)置了6個(gè)開關(guān)，通過開關(guān)來控制管路的連通與否。另外，我們?cè)诠苈犯魈幵O(shè)置了壓力表以及流量計(jì)，用來模擬檢測(cè)管路中各個(gè)部分油品流量和壓力變化。整個(gè)油庫流程的控制可以通過流程板右下角的開關(guān)按鈕來控制。整個(gè)流程板包括觸摸品，PLC控制器以及LED燈帶由24V直流電源供電。

4 PLC程序開發(fā)

PLC作為系統(tǒng)的下位機(jī),承擔(dān)接受上位機(jī)(按鈕、計(jì)算機(jī)或觸摸屏)的指令執(zhí)行控制邏輯,通過位狀態(tài)輸出模塊和模擬量輸出模塊向執(zhí)行機(jī)構(gòu)(油庫流程板)下發(fā)控制指令,向上位機(jī)傳送現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。根據(jù)油庫流程的工藝要求,合理的分配PLC存儲(chǔ)器單元。給輸入輸出設(shè)備和編程中需要的中間變量分配存儲(chǔ)器地址。利用梯形圖和助記符語言編制PLC程序。對(duì)于流程顯示的狀態(tài)量,程序通過I O字讀取輸入狀態(tài)和控制輸出狀態(tài)。對(duì)于連續(xù)變化的模擬量,程序通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行設(shè)置和編程處理。為更加清晰、直觀地顯示液流的走向和流程導(dǎo)通過程,在程序中加入定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等信息,控制流程圖素被點(diǎn)亮的次序[2]。

本項(xiàng)目使用以流水燈的形式來模仿機(jī)場(chǎng)油庫的調(diào)動(dòng)和傳輸過程，這樣的設(shè)計(jì)可以多次升級(jí)和測(cè)試改造。而使用流水燈搭建電路可以更好地仿真理想情況。以下是使用語言和調(diào)試仿真工具。使用語言為C語言，使用編程軟件為Keil 5，使用仿真軟件為Proteus Pro 7.8。

部分程序調(diào)試如圖：

5 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能為模擬機(jī)場(chǎng)油庫手動(dòng)和自動(dòng)化作業(yè)過程，主要包括油罐的收發(fā)油，控制給停機(jī)坪飛機(jī)加油和油罐車加油。并且在這一過程中我們?cè)O(shè)置了儀表來檢測(cè)整個(gè)管路系統(tǒng)是否正常。

設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的主要目的是用于教學(xué)。我們通過程序設(shè)計(jì)了一套操作打分系統(tǒng)，并且設(shè)置了一定的故障，對(duì)學(xué)生進(jìn)行應(yīng)急訓(xùn)練。考察點(diǎn)主要是學(xué)生在操作過程中的步驟的正確性以及是否發(fā)現(xiàn)和排除流程中的故障，如果未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成視為不及格。該系統(tǒng)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不僅能可以訓(xùn)練手動(dòng)操作流程，還可以通過觸摸屏上的“一鍵收發(fā)”按鈕實(shí)現(xiàn)智能化油庫作業(yè)。

6 結(jié)論

該機(jī)場(chǎng)作業(yè)模擬系統(tǒng)形象、直觀地顯示和模擬了機(jī)場(chǎng)各種收發(fā)油作業(yè)，同時(shí)也可以控制加油量，來模擬在不同壓力流量條件下的輸油工況。我們將機(jī)場(chǎng)油庫作業(yè)同油氣儲(chǔ)運(yùn)工程相關(guān)知識(shí)結(jié)合，并且加入電子模擬控制輸入輸出，使學(xué)生能夠在掌握書本知識(shí)的同時(shí)可以認(rèn)識(shí)到實(shí)際機(jī)場(chǎng)油庫模擬作業(yè)，對(duì)于學(xué)生專業(yè)知識(shí)的掌握更加深刻。