PLC在石油化工企業(yè)儲運(yùn)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳志強(qiáng)

（中國石油遼河石化公司儀電運(yùn)行部，遼寧盤錦 124022）

1 PIG掃線運(yùn)行的基礎(chǔ)原理和相關(guān)原則

PIG 掃線主要指的是利用壓縮的惰性氣體作為動力來源，將事先放置在管道內(nèi)具有彈性的海綿柱進(jìn)行推進(jìn)實(shí)現(xiàn)管道填充，從而實(shí)現(xiàn)一次置管及清管技術(shù)。

PIG 掃描原則過程以及操作步驟：

設(shè)計(jì)PIG 裝置的過程中，由于該裝置主要負(fù)責(zé)發(fā)射以及接收最新，因此在規(guī)劃壓力等級以及管道的直徑期間，必須要符合相關(guān)的管道設(shè)置流程以及相關(guān)參數(shù)，強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及補(bǔ)強(qiáng)可以使用徑三通公式，詳細(xì)的公式如下所示。

式中：St0為計(jì)算主管段理論壁厚mm；

φ為強(qiáng)度削弱系數(shù)，針對蝶式、單筋等部分補(bǔ)強(qiáng)PIG 裝置，φ=0.9；[σ]t為基本可以使用應(yīng)力MPa；P為設(shè)計(jì)壓力MPa；Dw 為主管外徑mm；

上述公式的形成主要是建立在無縫鋼管作為主要焊接材料落實(shí)PIG 裝置設(shè)置的過程中使用的，主管的外徑控制在66cm 以下，支管和主管的內(nèi)徑比要控制在0.8左右，主管的外徑和內(nèi)徑之間的比例要在0.5～1.05，為了保證pH 最新，在到達(dá)管道的尾之后，不會進(jìn)入支管，需要在設(shè)計(jì)過程中沿著三通焊縫的內(nèi)側(cè)，設(shè)置柵條，同時(shí)，主管道的管徑和氮?dú)夤艿墓軓街纫S持在4 ∶1和5 ∶1之間，究其原因，在于對PIG 芯運(yùn)動速度的合理控制，主要目標(biāo)為了讓PIG 芯的應(yīng)用周期延長。

2 自動化的儲運(yùn)體系設(shè)置

以罐區(qū)監(jiān)管系統(tǒng)中PLC 可編程控制器的實(shí)踐應(yīng)用為例，闡述石油化工企業(yè)儲運(yùn)自動化系統(tǒng)中PLC 具體應(yīng)用。詳細(xì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 儲運(yùn)自動化系統(tǒng)構(gòu)成圖

3 石油化工企業(yè)油品儲運(yùn)自動化監(jiān)控系統(tǒng)中PLC的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 PLC的輸出輸入指標(biāo)

利用PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)自動化采集，通常有兩種形式，首先是定時(shí)采集，主要根據(jù)前期設(shè)置的采樣時(shí)間進(jìn)行自動化收集，并在數(shù)據(jù)區(qū)存入。第二種是變化采集，是指對被采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，并且觀察數(shù)據(jù)的變化狀態(tài)，若出現(xiàn)了較大的變化波動，則進(jìn)行采集，并將采集時(shí)間記錄。若被采集量并未出現(xiàn)很大的變化，通過變化采集可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)區(qū)等有效節(jié)約。

3.2 PLC的數(shù)據(jù)采集方法

在罐區(qū)儲運(yùn)系統(tǒng)中，采集現(xiàn)場模擬量信號正在使用，定時(shí)采集，一個(gè)采集周期為500ms，其中整體系統(tǒng)的單路模擬量信號，梯形定時(shí)采集結(jié)構(gòu)如圖2所示，該結(jié)構(gòu)中的定時(shí)器為T0.1，每500ms 能夠?qū)⑺枰杉臄?shù)據(jù)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤和儲存，數(shù)據(jù)儲存之后指針+1，然后對指針進(jìn)行判斷有無大于數(shù)據(jù)范圍，如果超出數(shù)據(jù)范圍，需要賦給00000指針，以此才能實(shí)現(xiàn)從儲存區(qū)域起始處進(jìn)行存數(shù)。

圖2 定時(shí)采集梯形圖

針對儀表脈沖的現(xiàn)場輸出層面來講，PLC 技術(shù)能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為高速的技術(shù)輸入，可以建立在高速計(jì)數(shù)單元的基礎(chǔ)上進(jìn)行采集，并且利用定時(shí)中斷性能來計(jì)算信號的頻率，另外現(xiàn)場會利用通訊傳遞相關(guān)的儀表信號，例如針對液位計(jì)數(shù)字信號以及質(zhì)量流量計(jì)等。為了進(jìn)一步提升整體系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集以及現(xiàn)場管理過程中的精準(zhǔn)性，信號的傳輸，需要利用PLC系統(tǒng)與ASC Ⅱ系統(tǒng)相對接，該原理是建立在PRC 結(jié)構(gòu)的高級語言模塊基礎(chǔ)上，以序串和現(xiàn)場多種裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)溝通。此種數(shù)字信號就會和其他常規(guī)（D，I，F(xiàn)，AO，DO，DI 等）I/O 信號一起，通過PLC 進(jìn)行綜合采集與控制，日后就容易組成計(jì)算機(jī)冗余系統(tǒng)。

采集數(shù)據(jù)過程中應(yīng)避免出現(xiàn)干擾相關(guān)的問題。對于脈沖量的采集，一般運(yùn)用定時(shí)中斷的方式執(zhí)行采集子程序的工作，其主要目標(biāo)在于避免脈沖遺失。若采集目的以模擬量為主，一般可以通過程序進(jìn)行數(shù)字濾波，解決干擾問題。濾波具有諸多方式，可以求得平均值，也可以增加平均值。其中使用單路模擬量信號求取平均值的方法進(jìn)行濾波的采集詳見圖3所示。

圖3 選用求平均值法采集濾波的梯形圖

3.3 PLC在監(jiān)控現(xiàn)場執(zhí)行元件系統(tǒng)中的應(yīng)用

針對罐區(qū)現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施合理監(jiān)控，尤其是監(jiān)控罐區(qū)中每個(gè)罐區(qū)注水、循環(huán)、付油、收油等關(guān)鍵閥門皆為罐區(qū)監(jiān)控體系中最基礎(chǔ)且最重要的工作。

選用PLC 監(jiān)控現(xiàn)場執(zhí)行元件的方法有兩種。第一種，使用“看門狗”；第二種，運(yùn)用動作反應(yīng)檢測。以上兩種方法實(shí)際上本質(zhì)相同，一種屬于觀察在既定時(shí)間內(nèi)是否完成動作；另一種并未考慮到延時(shí)方面，僅觀察是否執(zhí)行，二者邏輯關(guān)系沒有兩樣，僅是一個(gè)用步正常的時(shí)間控制，無須對讀取回訊信號，無須進(jìn)行編程程度I/O 點(diǎn)控制器的增加，這樣一來更容易實(shí)現(xiàn)，此種監(jiān)控梯形圖詳見圖4。

圖4 使用“看門狗”監(jiān)控梯形圖

另外需增加回訊信號反饋系統(tǒng)，并增加I/O 點(diǎn)，這樣一來就能實(shí)現(xiàn)對其實(shí)時(shí)監(jiān)控，此種監(jiān)控梯形圖詳見圖5。

圖5 檢測動作反應(yīng)有梯形圖

控制罐區(qū)儲罐的閥門由于隔爆原因采用氣動閥，通過控制所使用的電磁閥。另外利用邏輯方式對氣動閥監(jiān)控的梯形圖如圖6所示。其中00001是電磁閥的主要線圈；10002，10003是反饋氣動閥回訊的動作；00008和00016是回訊警報(bào)系統(tǒng)。

圖6 兩點(diǎn)回訊產(chǎn)生相應(yīng)邏輯聯(lián)系監(jiān)控梯形圖

上述作為檢測開關(guān)量范圍在實(shí)際的現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，當(dāng)外界條件許可便可以進(jìn)行操作。另外PLC 系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)對模擬量的監(jiān)測，主要的原理是建立在冗余基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)值的比對，分析偏差是否在規(guī)定范圍內(nèi)，若超出了規(guī)定范圍，則需要判斷其是否超出了規(guī)定的時(shí)間，若同時(shí)超出了許可范圍以及規(guī)定的時(shí)間，那么便代表當(dāng)中存在著故障。

3.4 設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件

設(shè)計(jì)PLC 軟件具體包含初始化、顯示、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警、復(fù)位、主程序等諸多實(shí)驗(yàn)過程。通常初始化模塊被定義為SCB（控制塊）、COM-REQ（通訊要求參數(shù)塊）、MSB（信息控制塊）三個(gè)初始化控制模塊系數(shù)。不同控制塊實(shí)現(xiàn)命令的信息用于完成Master 的定義，其中包含PLC 引用地址的偏移、命令種類、RTU 運(yùn)用地址的偏移、主機(jī)號等相關(guān)參數(shù)。在顯示與報(bào)警模塊中，進(jìn)行了三級故障顯示的設(shè)計(jì)，分別在核心控制室信號箱、現(xiàn)場控制柜版面、核心控制室監(jiān)視器上進(jìn)行設(shè)置，待設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)既能保證持續(xù)運(yùn)行，同時(shí)還能在系統(tǒng)運(yùn)行中排除故障，以此除了能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行停止時(shí)間的大幅度縮減外，還能促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)固性及安全性的全面提升。

4 結(jié)語

總之，實(shí)踐表明，通過PLC 采集數(shù)據(jù)與執(zhí)行控制及通過其他采集方法對比，其具有良好的實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性，應(yīng)促進(jìn)PLC 在石油化工企業(yè)油品儲運(yùn)自動化系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用，從而為石油化工行業(yè)的良性發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。