PLC在石化企业罐区自动化系统中的应用

摘要：介绍PLC的工作原理、发展，介绍了储运自动化系统的构成，讲解了PLC在油品储运自动化系统——罐区监控系统中，数据采集和对现场执行机构动作监控方面的应用
关键字：油品储运、PLC、 数据采集、监控、油品调合
中国分类号：TF11 文献标识码：A   文章标号：2095-2104（2012）03-0001-02

一　引言(PLC的起源与发展)
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器PDP—14 ，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。
20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域。20世纪末期至今，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。
二 石化企业自动化系统中PLC的应用。
在石油化工企业的生产与经营过程中，油品储运是一个不可缺少的重要环节，油品储运是一门综合性的工程科学，涉及面广。同时，油品储运业务非常广泛，例如液态介质（如原油、成品油、渣油等）的存储、计量、核算和管理等工作都是储运业务的重要组成部分，事实证明提高储运自动化及管理水平对石油化工企业用户减少损耗、降低成本、增加效益具有明显的作用。
1、储运自动化系统的组成
石油化工企业的储运自动化系统分为鹤管装卸车控制及销售管理自动化系统,罐区监控管理系统。其中罐区自动化的水平基本代表了储运系统总体的自动化水平。因为围绕储罐乃至整个罐区的监控与管理，是储运作业中最基本的工作内容。我们以PLC（可编程序控制器）在罐区监控管理系统中的应用为例，简要介绍PLC在储运自动化系统中的应用。
2、PLC在罐区监控系统中的应用
PLC主要对罐区现场的数据进行采集，并将采集到的数据传至上位机，同时接受上位机发出的指令对罐区现场的执行机构进行控制执行，罐区现场采集的信号种类比较多，包括；开关量（如各类报警信号的输出等）、标准的模拟量信号（如可燃气体探测器等现场各种变送器）、脉冲信号（如双转子等流量计）数字信号（如质量流量计、液位计）等。控制输出信号有开关量、模拟量等。
在罐区系统中，对于现场模拟量信号的采集采用的是定时采集，对于现场仪表输出的脉冲量，PLC当成高速计数输入，用高速计数单元采集，利用PLC定时中断功能计算出采集信号的频率。对于现场通过通信传递的数字仪表信号，为了保证系统采集数据与现场测量仪表之间没有精度转换误差，信号可由通讯口连接到PLC的ASCII模块，这样数字信号就与其它常规的I/O信号一起，由PLC统一采集和控制了，日后构成计算机冗余系统就比较容易了。
再就是在采集数据中避免干扰的问题，对于采集的脉冲量，一般采取定时中断的办法执行采集子程序，主要是避免丢失脉冲。若采集的为模拟量，一般可通过程序进行数字滤波，克服干扰。
对罐区现场执行机构进行可靠的控制执行和过程监控，特别是罐区每个储罐的收油、付油、循环等重要阀门的控制执行和监控是罐区监控系统中最基本、也是最重要的工作内容。
随着隔爆型电动执行机构产品的不断成熟，罐区内的现场执行机构已经普遍采用电动执行机构。PLC控制电动执行机构的开启、关闭、停止、急停。电动阀门为PLC提供执行机构开、闭状态信号。执行机构还可以通过提供4~20m信号将执行机构的实时状态信号送入PLC。以保证系统对执行机构的实时监控。PLC还可以完成罐区储运中必要的安全联锁功能。油罐上一般均装设有高高、低低液位报警设备（音叉或浮动球液位控制器）其信号送入PLC,PLC通过编程，当高高液位控制器报警时，证明油罐液位已到达安全警戒高高度，如果油品继续进入则油罐有超装冒罐子的危险。因此PLC必须联锁油罐入口电动执行机构，关闭入口阀门。当油罐低低液位报警设备报警时，证明油罐液位已到达安全高度，如果油品继续外流，油罐有抽空危险。因此PLC必须联锁油罐出口电动执行机构关闭出口阀门。保证油罐运行安全。
PLC的功能强大。但在石油化工控制系统中，PLC 的控制需要个人电脑（PC）参与才能得以体现。个人电脑（PC）与PLC实现通信的意义：a.构成以PC为上位机，单台或多台PLC为下位机的小型集散系统，可用PC实现操作站功能。b.在PLC应用系统中，把PC开发成简易工作站或者工业终端，可实现集中显示、集中报警功能。c.把PC开发成 PLC编程终端，可通过编程器接口接入PLC，进行编程、调试及监控。d.把PC开发成网间连接器，进行协议转换，可实现PLC与其它计算机网络的互联。
把PC连入PLC应用系统是为了向用户提供诸如工艺流程图显示、动态数据画面显示、报表编制、趋势图生成、窗口技术以及生产管理等多种功能，为PLC应用系统提供良好、物美价廉的人机界面。但这对用户的要求较高，用户必须做较多的开发工作，才能实现PC与PLC的通信。
为了实现PC与PLC的通信，用户应当做如下工作：a.判别PC上配置的通信口是否与要连入的PLC匹配，若不匹配，则增加通信模板。    b.要清楚PLC的通信协议，按照协议的规定及帧格式编写PC的通信程序。PLC中配有通信机制，一般不需用户编程。若PLC厂家有PLC与PC的专用通信软件出售，则此项任务较容易完成。c.选择适当的操作系统提供的软件平台，利用与PLC交换的数据编制用户要求的画面。
  PC与PLC互联通信时通常采用两种结构形式。一种为点对点结构，PC的COM口与PLC的编程器接口或其它异步通信口之间实现点对点链接。另一种为多点结构，PC与多台PLC共同连在同一条串行总线上。多点结构采用主从式存取控制方法，通常以PC为主站，多台PLC为从站，通过周期轮询进行通信管理。
  PC与PLC的结合使得PLC的强大控制功能得到了更大的发挥。同时通过PC使得对PLC的管理更加简易与透明。降低了对管理人员的要求。提高了管理效率和效益。
三　小结
事实证明用PLC采集数据和控制执行与用其它采集方式相比，其实时性好，可靠性也高。即使脱离上位机后，PLC仍可按照预储存的程序执行，提高了系统的可靠性、安全性。加之PLC与PC的结合使得PLC本身的控制的可靠、稳定性得到了更大程度的发挥。使得PLC在罐区自动化系统中的应用越来越广泛
四　参考文献
1．《可编程序控制器》　　作者　常斗南　机械工业出版社
2．《计算机网路技术》　作者　张鹤峰　大连理工大学出版社


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