西门子临汾PLC模块总代理商

　石油管道运输的原油品质差异较大，输送要求的各种参数不近相同。为此要在接近实际工况的条件下建立现场试验环道，测定原油各项输送参数，以保证原油经管道的正常输送。采用可编程序控制器(PLC)作为现场试验环道的控制设备，采集各种参数.发出不同的控制指令，保证现场试验环道的运行，同时又不会影响实际输油管道的正常运行。

　　一、环道系统概况及功能

　　为了进行原油流变性、原漓降温输送、原油结蜡及输油管道停输再启动的研究”’，在实际输油管道的某输油泵站建立现场试验环道，对实际输油管道的各种工艺流程进行模拟，并采集温度、压力、流量等数据。通过试验数据可以对原油流变性、降温输送、原油结蜡进行定量分析，为管道的停输再启动提供模拟计算结果。

　　现场试验环道由直径为300 mm和150 mm两套环路系统构成，设计压力均为4.0 MPa，可分别进行各项测试。整个系统的控制点有电动球阀16个，电动闸阀4个，开度可控电动闸阀3个，变频器，螺杆泵，搅拌器各l台l需要采集的信号点有压力、压差共12个点，温度56个点，液位1个点，流量2个点，系统能够完成9个不同的工艺流程。现以直径为150 mm的管道自循环流程为例进行工艺流程的试验(见图1)。

　　l、流程要求

　　启动环道动力设备螺杆泵15401，抽取罐G301中原油，使原油在自闭合的环道中往复流动。依靠泵的电机转速控制环道内原油的流量。其中311、401、512、514、313为手动阀，402为止回阀，711为铡温阕，403、408、51l、513、611、612、621、623为电动球阗(开、关控制)，301、404、405、407为电动平板阀(开、关、停三种控制)功能。流程启动时PLC控制301、403、404、405、407、408、5ll、611、612、513、623，621阀全开，在自循环流程进行中可通过对405，404、407周的开度来控制调节热媒流量，从而控制原油温度。通过对301阀的开度来控制调节油的流量。在流程进行中需要采集测试管段的温度与压力参数，包括TE501、TE503、TESll、TE513、PT501、PT503、PT511、PT513、PDT502、PDT512。

　　另外，还需要采集罐内温度、泵前后压力、换热器前后的压力和温度、热媒温度和压力等技术参数。其它直径为150 mm管道的流程包括旁接流程、清管流程、倒罐流程、进油流程以及高压泻放流程。直径为300 mm管道的流程与此类似。

　　2、整个系统的要求

　　接受上位计算机的命令，各个流程间能够无冲击的相瓦切换，采集83个模拟信号并传给上位计算机，对故障进行报警处理。对电动阀、搅拌机、螺杆泵、变频器进行控制和信号显示，对上位计算机是透明的。

　　二、环道系统的设计

　　1、环道系统硬件设计

　　采用美国ROCKWELL公司生产的Control—Logix系列PLC控制系统，并设计有双机热备功能。同时还采用了高速传送、实时I/O的控制网络(ControlNet)通信技术，实现了过程数据采集、实时传输和过程控制，增强了PLC系统的扩展性和数据采集的实时性。图2为硬件系统结构图。

　　该系统中配置了2个相同的CPU模块和2个SRM热备模块(用光纤连接)，用于实现双机热备，切换时间为80～220 ms。4块CNBR模块和1块PCIC卡，用于组成ControlNet通信网，网络介质为同轴电缆。6块数字量输出模块共96点、9块数字量输入模块共144点，主要用于电动阀的数字量输入和数字量输出。6个RTD模块、4个模拟量输入模块用于采集温度、压力、流量、液位、变频器和部分电动阀状态等参数。1块模拟量输出模块用于控制变频器和开度可控电动阀。整个系统的数字量输入与输出、模拟量输人与输出共320多点，同时还要完成3个闭环的P1D控制功能。

2、系统软件的设计

　　PLC软件的设计采用ROCKWELL公司的RSLogix5000软件，它是专门用于ControlLogix系列PLC组态、编程、监控的软件。可以离线编程，编程完成后可通过上位机与PLC相连的ControlNet网络下载到PLC的CPU中。

　　PLC的软件采用结构化设计，主要包括主程序、初始化、复位、报警和显示、数据处理和9个流程子程序。主程序在不同条件下调用不同的子程序，完成PLC控制系统的功能。程序流程见图3。

　　本系统在现场投入运行后，能满足初始设计的要求，并正常测试原油的各项参数，利用相关的软件和测出的参数可计算出原油输送的佳条件，并能模拟真实输油管道的运行情况，形成了一个功能强大的现场试验环道。

　　该桥控制系统以上位工业监控软件人机界面操作及现场监控，下位PLC为核心进行动态测量。利用组态软件完成开、闭桥的分步自动控制及油缸动作到位、电机过载、漏油器堵塞等信号的处理并将状态显示。风速、风向、速度、油箱油温、开启角度等参数输入到PLC模块中进行相应控制。通过海底光纤电缆为A、B桥之间建立环形工业以太网通讯网站，进行数据传输。用光纤电缆通过光纤交换机OSM一62进行连接数据交换，通过PLc上2点CP一343一l通讯处理器，具备通讯控制、检测数据传送等功能，为A、B桥提供必要的信息，使得系统不仅具有自动、手动控制功能，单动操作功能，还能实现远程实时监控以及故障诊断功能。

　　1 系统概述

　　开肩桥电气控制具有安全保护措施，其中包括短路、过载、缺相、故障报警、显示、失压、欠压等保护，并设有紧急断电停机和紧急状态停机按钮。主电路采用三相五线制供电，总装机功率1 080 kw，单边功率约540 kw，3台160 kw主油泵电机采用软肩动装置启动。控制和信号采集选用PLC装置，并用人机界面(HMI)进行组态，显示运行状态、故障点等。A、B两桥之间采用工业以太网环网进行通讯、控制等信息的传递。在操作桥开启或关闭前应进行授权方式，然后对工况选择，再进行相关操作。

　　1.1授权方式

　　A桥为主控A桥控制、B桥控制、A/B桥控制3种授权方式。A桥控制：在A桥处进行操作，控制A、B桥自动开启或关闭;B桥控制：在B桥处进行操作，控制A、B桥自动开启或关闭;A/B桥控制：A桥、B桥各自分别进行手动操作，A桥控制A桥、B桥控制B桥，开启或关闭。

　　1.2工况选择

　　分自动、分步、手动3种方式。自动：操作员从操作台使用少量操作按程序自动开启或关闭桥梁;分步：操作员分步顺序开启或关闭桥梁;手动：在紧急情况下可以不用PLC由维护员进行操作，A、B桥各自控制本部动作。

　　1)自动控制(授权可选A或B位置)

　　自动控制时工况选择自动位置，通过自动开桥、自动闭桥、自动停机等按钮启动自动程序完成桥的开启和关闭过程。

　　开桥/闭桥开始前应先启动液压泵站，可在A桥或B桥启动。若选A桥控制，则在A桥启动l#泵同时可通过T业以太网将信息传递到B桥启动l#泵，依次类推完成开桥/闭桥。也可选B桥控制，在B桥启动A桥。

　　2)分步控制(授权可选A或B位置)

　　分步控制时工况选择分步位置，在分步控制中选择开桥或闭桥，其动作是按照对应顺序、步骤进行，不可跳跃步骤。必须先启动l#泵电机，根据需要再启动2#、3#泵电机，通过选择分步开桥或闭桥的转换开关，然后从步开始到后一步的顺序进行，选好步骤按分步的伸/开或缩/闭或停止按钮完成每一步。可在A桥或B桥操作。

　　3)手动控制(授权可选A/B位置)

　　在紧急情况下，必须由维护员严格按操作规程用手动控制桥梁，只保留必须的联锁保护。用开关、按钮等对泵、电磁阀、比例阀开度等进行手动控制油缸伸缩。只允许启动l#油泵电机，人工操作调节比例阀流量控制桥的开启/关闭速度。A桥、B桥各自操作。

　　2状态监测

　　对油箱温度、油缸压力、马达压力、马达转速、开启角度、风力、风向、凝露/温度等参数进行测量并显示。360度的风向、风力参量参加相应的控制。用人机界面(HMI)对状态进行检测、运行、故障诊断。故障报警、显示包括l～9个滤油器堵塞、油箱低液位、油温过高、紧急状态停机等的报警、显示。

　　2.1油箱油温控制

　　油箱油温控制采用自动和手动2种方式。对油箱油温控制必须先肩动循环油泵电机，才可进行加热控制。通常选用自动方式，由温控仪通过传感器测量油箱油温自动进行温度加热控制;若需要手动时，将选择开关设置手动位置，通过按钮启动或停止加热。

　　2.2风速与桥梁开启的相关控制

　　当风力大于6级时，桥梁若在关闭状态，则停止一切动作;若在开启状态，则以慢的速度关闭桥梁，这时桥梁的关闭速度由比例电磁铁DTl4控制。当风力小于等于6级时，则桥梁按一切需要正常操作，桥梁的开闭速度由比例电磁铁DTl3/DTl4分阶段主导控制。

　　桥梁的开启和关闭压力分别由DPI和DP2测量。系统采用手动和自动2种方式控制，通常选用自动方式，手动方式用于维修、调试。自动控制时，风速传感器参与自动控制，当大于设定风速值时，按规定的逻辑控制进行;小于设定风速值时，按正常的逻辑控制开启和关闭桥梁。手动控制时，操作员根据风速的大小按规定手动调节给定，控制比例阀比例电磁铁DTl3/DTl4的数值。

　　2.3桥开启速度控制系统

　　桥的控制应按液压系统要求进行，整个桥的开启和关闭采用电液比例阀控制液压马达组成的比例调速系统，通过调节阀实现桥在开启过程中的速度控制，实现开启速度的变化(慢加速一加速一匀速一减速一慢减速)。桥梁开启时问198 s，闭合时间198 s。

　　2.4紧急停机

　　紧急停机分2种方式：紧急断电停机和紧急状态停机。紧急停机后所有液压阀回中位，液压泵停止工作，若在开启或闭合桥梁过程中则液压马达抱闸制动。

　　紧急断电停机：在紧急情况及危害人身安全时用此按钮，切断设备所有电源。仅安装在A、B桥各操作台和进线柜门上。

　　紧急状态停机：在开启或关闭桥梁时发生意外情况及不能按正常状态进行T作或现场发现异常时用此按钮。此按钮设置在操作台和关键位置。当紧急状态停机启动后，在查明原因处理后，必须人工复位才能1F常工作。

2.5交通、人行道、航道信号灯

　　开桥前所有交通信号灯变成红色，关闭所有交通门并将信号反馈给操作中心PLc进行判断，满足条件才允许开启桥梁。桥完全打开后将航道信号灯变绿，航道船通行。

　　关闭桥前将航道信号灯变红色，航道船停止通行。满足条件才允许关闭桥梁，关闭后完成各部分锁定之后，将所有交通信号灯变成绿色，打开所有交通门。各部位动作信号反馈给操作中心PLC进行判断，满足条件才允许关闭桥梁。

　　2.6工业以太网通讯系统

　　通过海底光纤电缆为A、B桥之间建立环形以太网通讯网站，进行数据传输。通过2台CP一343—1通讯处理器用光纤电缆通过光纤交换机OSM一62进行连接数据交换，使其具备通讯、控制、检测、数据传送等功能，为A、B桥提供必要的信息，如：故障检测、显示、报警;紧急故障停机;锁紧装置的位置状态等。

　　3控制流程图

　　根据开启桥的工作情况，以及系统功能，开桥及闭桥的自动控制程序流程如图2、图3所示。

　　4结语

　　在天津海河开启桥系统中应用PLC控制技术，实现了开启桥的自动化控制，大大提高了系统的安全性和可靠性，真正实现了全自动运行，有力的保障了开启桥的安全与畅通，可以预见，随着开启桥电气自动化控制要求的逐步提高，终将实现开启桥控制的综合自动化