基于PLC的石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王春輝 王成海 李慶 汪永山 梁寧

摘要：石油儲運系統(tǒng)是石油儲運過程中必不可少的，其智能程度的高低、所含信息的多少和對故障的診斷以及容錯能力影響著后面數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，影響著石油儲運系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)與監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及易用性。但普通石油儲運系統(tǒng)控制閥門多且線較為繁雜，在系統(tǒng)的使用上過于復(fù)雜化。基于此，本次研究以PLC的石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)為研究對象，集中分析PLC的石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，以期為改善PLC的石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的問題提供相應(yīng)的參考。

關(guān)鍵詞：PLC;智能電動閥;主站控制器;石油儲運

在罐區(qū)中原油儲罐和輸出油管道所使用的各種控制閥門是石油儲運中必不可少的現(xiàn)場儀表，石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)智能程度的高低影響著在使用系統(tǒng)的過程中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及便捷性[1]。本系統(tǒng)采用了英國Rotork公司的智能電動閥，相比普通電動閥可以更多的控制閥門，并且連線簡單，增加系統(tǒng)使用時的便捷性?；诖?，本次研究以PLC的石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)為研究對象，集中分析PLC的石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，以期為改善PLC的石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的問題提供相應(yīng)的參考。具體分析如下：

1監(jiān)控系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)

1.1Rotork智能閥控制設(shè)備

Rotork智能閥控制設(shè)備是一個綜合系統(tǒng)，具體包括閥門數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視與控制系統(tǒng)。Rotork的組成是由一門主站控制器和與它相連的現(xiàn)場電動閥組成。設(shè)置主站控制器，形成電流環(huán)路，具體可以分成一條兩線，最多可以控制環(huán)路上240各現(xiàn)場控制閥，最長控制在20km以內(nèi)。

智能閥組中現(xiàn)場智能閥組的智能化程度較高。現(xiàn)場智能閥組擁有豐富的數(shù)據(jù)和診斷信息，其中最主要的特點是僅通過兩線互聯(lián)，多個智能閥組就可以成一個環(huán)路，接入主站控制器時僅起始和末端兩線，電動閥的閥門信息通過兩線通訊進(jìn)入主站控制器[2]。在智能閥組運行期間，如運行出現(xiàn)故障，現(xiàn)場智能閥組將開啟線路故障屏蔽功能。具體原理是當(dāng)環(huán)路出現(xiàn)開路、短路以及接地這三種故障時，為使主站控制器與線路上所有智能閥通訊不受影響，會將故障斷的線路屏蔽，同時會將故障信息發(fā)給主站控制器。

1.2監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Paskacan IIE主站控制器與PLC之間采用Modbus協(xié)議通訊，通過port 0的RS-485接口連接。整個系統(tǒng)的控制部分采用的是美國GE Fanuc公司的HBR雙重?zé)醾湫蚉LC系統(tǒng)，其主要原理是通過PLC 控制140個智能閥的開閥、停法、閉閥。在上位監(jiān)控站可以監(jiān)視各個職能閥組的信息，包括閥位回信狀態(tài)、閥位值和報警信號。同時在上位監(jiān)控站可以執(zhí)行對智能閥組的開閥、停法以及閉閥操作。

在系統(tǒng)正常的運行情況下，是PLC和主控制器工作，工作時PLC和熱備控制器分別與主PLC和主控制器保持同步[3]。智能閥組傳送數(shù)據(jù)的原理主要是通過主PLC在RS-485接口從主控制器中讀取數(shù)據(jù)，同時發(fā)布命令，收到命令后主控制器開始執(zhí)行命令，驅(qū)動智能閥按命令運轉(zhuǎn)，最終將數(shù)據(jù)傳送給主控制器。在系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的過程中，主PLC或主控制器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)可以分別自動切換到從PLC或熱備控制器。

本系統(tǒng)采用的是Modbus通訊協(xié)議，一臺PLC可以連接多臺Pakscan IIE主站控制器，所以在此技術(shù)上現(xiàn)場智能閥組較多的情況可以較便捷的擴(kuò)展并且連線簡單。

2 軟件設(shè)計

2.1通訊程序設(shè)計

PLC選用Mobdus RTU主通訊模塊。Paskscan IIE主站控制器作為Modbus從設(shè)備是一個遠(yuǎn)程終端單元。PLC的CPU通過Modbus RTU主通訊模塊控制Pakscan IIE主站控制器的讀寫。

主通訊模塊的程序設(shè)計包括三大部分，分別是初始化通訊模塊、讀寫Modbus/RTU數(shù)據(jù)、檢測通訊狀態(tài)。

通訊模塊的程序設(shè)計包括三個初始化控制塊的參數(shù)，分別是Slave控制塊、信息控制塊以及通訊要求參數(shù)塊。Slave控制模塊是一個15個寄存器長的數(shù)據(jù)塊，主要功能是定義與其通訊的Slave的型號、個數(shù)以及狀態(tài)等參數(shù)，每一個Slave需要一個控制塊[4]。信息控制塊是一個6個寄存器長的數(shù)據(jù)塊，功能是定義Master要求每個Slave執(zhí)行的命令信息，具體包括命令類型、RTU引用地址偏移、PLC引用地址偏移、主機(jī)號等參數(shù)，每種命令在執(zhí)行時要用到一個信息控制塊。通訊要求參數(shù)塊是一個17個寄存器長的數(shù)據(jù)塊，功能是定義通訊方式、端口控制字以及檢測Slave控制塊和信息控制塊的狀態(tài)參數(shù)等，每一個端口需要定義一個通訊要求參數(shù)塊。所有初始化參數(shù)在PLC上或冷啟動初始化的第一個掃描周期內(nèi)加載到RTU主通訊模塊，然后RTU主通訊模塊負(fù)責(zé)與Pakscan IIE主站控制器通訊，同時PLC和RTU主通訊模塊交換數(shù)據(jù)。

讀寫Modbus/RTU數(shù)據(jù)和監(jiān)測通訊設(shè)備狀態(tài)盡需讀寫初始化使定義相應(yīng)的PLC參數(shù)地址即可，操作起來相對簡單。

2.2監(jiān)控軟件設(shè)計

上位監(jiān)控站可以準(zhǔn)確控制監(jiān)測合格控制儲運兩大部分的所有信息和設(shè)備。主要工作原理是通過編程、組態(tài)、連接，形象地反映實際工藝流程、顯示動態(tài)數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)上設(shè)置PID控制參數(shù)以及過程參數(shù)，可以方便查看歷史趨勢、報警歷史報表等[5]。

Rotork的現(xiàn)場電動閥組可以通過按鈕人工開閥、停閥以及閉閥，并且顯示任意時刻的閥門狀態(tài)和閥位值，現(xiàn)場的電動閥配置在流程的輸油管線上，設(shè)計出良好的人機(jī)界面可以使操作時提高直觀性、便捷性。

結(jié)語

本次研究分析了PLC的石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)，Rotork的智能閥控制設(shè)備與PLC結(jié)合使罐區(qū)儲運監(jiān)控系統(tǒng)布線簡潔、控制方便，豐富了PLC的石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)問題的研究成果，并為其他儲運系統(tǒng)為改善PLC的石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)提供了參考。而關(guān)于這一問題還可以通過對系統(tǒng)的設(shè)計方案進(jìn)行研究，從而提升石油儲運監(jiān)控系統(tǒng)的便捷性。

參考文獻(xiàn)

[1] 何英輝. PLC技術(shù)在石油化工油品儲運自動化系統(tǒng)中的具體應(yīng)用經(jīng)驗談[J]. 區(qū)域治理， 2018， 000（003）：294-295.

[2] 劉龍清， 田西寧， 吳振寧，等. 漠大線軟啟動跳閘故障中泵運行狀態(tài)的控制方法[J]. 油氣儲運， 2018（8）：956-960.

[3] 張世斌、趙國輝、張舒. 蓋州壓氣站站控系統(tǒng)與壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)的融合[J]. 油氣儲運， 2020， v.39;381（09）：72-76.

[4] 張紅麗. 基于PLC的皮帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 自動化應(yīng)用， 2019， 000（004）：65-66.