PLC在原油加热站SCADA系统中的应用.docx

PLC在原油加热站SCADA系统中的应用随着我国经济飞速发展，石油需求量不断加大，人口密集城市石油需求更加紧张，对于原油的输送也就越来越重要，长输油管道输送途中设计了原油加热站，主要解决原油输送过程中原油温度下降所带来的困难。由于输油管线长、沿线站点分散，距离相对较远、地理位置相对偏僻等特点，采用SCADA（SupervisionControlandDataAcquisitionSystem）控制系统对其进行数据采集和集中监控。SCADA系统不是完全的控制系统，而是一种与PLC、RTU或其它硬件模块进行通讯连接实现集中监控的工业自动化监控系统。本文以直罗———富县原油管输中任家台加热站为研究，采用施耐德PLC和RTU组成SCADA控制系统。SCADA系统采用三级控制方式，包括调度中心控制、站库控制和现场就地控制，三级控制之间实现无扰切换。一、工艺流程任家台加热站工艺流程为入口原油来自直罗加热站来油，经收球筒装置到加热炉，将原油加热到设计温度后经发球筒外输至富县站。其中收发球筒属于管道清理装置，对输油各个加热站之间的管道进行清理，提高管道输送能力的装置。加热炉是用来为原油进行加热，设计要求为原油出口温度为60℃。加热站主要流程为燃料油燃烧流程，燃料油通过输油泵将燃料油从燃料油罐中抽出，输送到电加热器中进行加热，然后送入加热炉燃烧为原油加热，剩余燃料油回流至燃料油罐。二、系统硬件结构及系统功能任家台加热站PLC系统采用施耐德昆腾系列PLC，电源、CPU、通讯模块采用冗余结构，连接远程I/O机架插入双电源模块、AI模块、AO模块、DI模块、DO模块和远程通讯模块。电源模块采用SIEMENS公司电源，浪涌保护器采用MTL公司。系统架构如图1所示。SCADA系统主要功能：（1）监控原油出、入站压力和温度；（2）监控单体泵运行状态；（3）检查数据报警限，检测报警状态输入并生成报警表；（4）启停泵控制以及出站调节阀PID控制；（5）紧急切断和停车；（6）显示动态工艺流程图；（7）显示实时数据趋势和历史趋势；（8）逻辑联锁控制；（9）管线泄漏监控；（10）生成生产报表。三、下位机程序加热站下位机使用施耐德UnityPro软件，程序中包括模拟量量程转换、PID控制模块、逻辑联锁控制。模拟量转换是通过一个封转的量程转换功能块进行数据转换，当4～20mA模拟量信号进入模拟量通道后，首先经过模块采集数据的模式将电流信号转换成0～16000的整型数据类型，整形数据是可以直接被计算机识别的，但是不能被用户直接使用，所以需要使用量程转换模块将0～16000的转换成为各种不同单位的实型数据，转换模块原理如图2。说明：IN0为模块当前整型量，IN1为模块整型量最小值，IN2代表模块整型量最大值，IN3代表转换后量程下限，IN4代表转换后量程上限。封装好的功能块如图3所示。PID控制模块使用软件内部PIDFF模块，这是一个带偏差输入的PID控制模块，自带手自动切换功能、复位初始化功能。其中PARA是一个参数的数组，数组中包括PID参数Kp、Ti、Td、测量值上下限值，输出值上下限值，还有一些标志变量，用来显示模块工作状态和模式。加热站中需要对燃料油罐内燃料油液位和燃料油入口压力进行调节，使用了两个调节阀进行控制。PID控制模块如图4所示。加热站中有三个截断阀，两个输油泵，每个截止阀有两个DI（状态）反馈阀门当前状态，两个DO（指令）控制阀门开关。输油泵只有一个DI（状态）反馈泵运行状态，一个DO（指令）联锁停泵指令，PLC程序如图5所示。四、上位机组态上位机使用SCADA组态软件VijeoCitect，通过计算机设置向导设置计算机与PLC通讯地址和方式，并且设置好对应PLC型号和显示方式。组态软件是用来设计制作人机交互画面，使用户可以远程监控和操作现场设备和各个工艺参数。上位机制作的监控系统包括工艺流程图、报警页、趋势页、报表页和其他弹出式小窗口。其中阀门操作画面如图6所示。PID控制界面如图7所示。将PLC和计算机IP地址设置完成后，计算机就可以与下位PLC通讯并可以传输数据。五、结束语加热站是原油长距离传输途中不可缺少的一部分，在这个项目中对加热站流程进行组态，实现了联锁保护、温度和压力PID控制、各个工艺参数的实时监控。