摘要：介紹了可編程序控制器(PLC)在石油環(huán)道試驗(yàn)系統(tǒng)控制中的應(yīng)用，敘述了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)的基本情況。實(shí)際運(yùn)行表明，該系統(tǒng)能夠在模擬現(xiàn)場條件下對原油輸送的各種參數(shù)進(jìn)行采集，并能橫擬實(shí)際贛油管道的運(yùn)行。
石油管道運(yùn)輸?shù)脑推焚|(zhì)差異較大，輸送要求的各種參數(shù)不近相同。為此要在接近實(shí)際工況的條件下建立現(xiàn)場試驗(yàn)環(huán)道，測定原油各項(xiàng)輸送參數(shù)，以保證原油經(jīng)管道的正常輸送。采用可編程序控制器(PLC)作為現(xiàn)場試驗(yàn)環(huán)道的控制設(shè)備，采集各種參數(shù).發(fā)出不同的控制指令，保證現(xiàn)場試驗(yàn)環(huán)道的運(yùn)行，同時(shí)又不會影響實(shí)際輸油管道的正常運(yùn)行。
一、環(huán)道系統(tǒng)概況及功能
為了進(jìn)行原油流變性、原漓降溫輸送、原油結(jié)蠟及輸油管道停輸再啟動的研究”’，在實(shí)際輸油管道的某輸油泵站建立現(xiàn)場試驗(yàn)環(huán)道，對實(shí)際輸油管道的各種工藝流程進(jìn)行模擬，并采集溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以對原油流變性、降溫輸送、原油結(jié)蠟進(jìn)行定量分析，為管道的停輸再啟動提供模擬計(jì)算結(jié)果。
現(xiàn)場試驗(yàn)環(huán)道由直徑為300 mm和150 mm兩套環(huán)路系統(tǒng)構(gòu)成，設(shè)計(jì)壓力均為4.0 MPa，可分別進(jìn)行各項(xiàng)測試。整個(gè)系統(tǒng)的控制點(diǎn)有電動球閥16個(gè)，電動閘閥4個(gè)，開度可控電動閘閥3個(gè)，變頻器，螺桿泵，攪拌器各l臺l需要采集的信號點(diǎn)有壓力、壓差共12個(gè)點(diǎn)，溫度56個(gè)點(diǎn)，液位1個(gè)點(diǎn)，流量2個(gè)點(diǎn)，系統(tǒng)能夠完成9個(gè)不同的工藝流程。現(xiàn)以直徑為150 mm的管道自循環(huán)流程為例進(jìn)行工藝流程的試驗(yàn)(見圖1)。
l、流程要求
啟動環(huán)道動力設(shè)備螺桿泵15401，抽取罐G301中原油，使原油在自閉合的環(huán)道中往復(fù)流動。依靠泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制環(huán)道內(nèi)原油的流量。其中311、401、512、514、313為手動閥，402為止回閥，711為鍘溫闋，403、408、51l、513、611、612、621、623為電動球闐(開、關(guān)控制)，301、404、405、407為電動平板閥(開、關(guān)、停三種控制)功能。流程啟動時(shí)PLC控制301、403、404、405、407、408、5ll、611、612、513、623，621閥全開，在自循環(huán)流程進(jìn)行中可通過對405，404、407周的開度來控制調(diào)節(jié)熱媒流量，從而控制原油溫度。通過對301閥的開度來控制調(diào)節(jié)油的流量。在流程進(jìn)行中需要采集測試管段的溫度與壓力參數(shù)，包括TE501、TE503、TESll、TE513、PT501、PT503、PT511、PT513、PDT502、PDT512。
另外，還需要采集罐內(nèi)溫度、泵前后壓力、換熱器前后的壓力和溫度、熱媒溫度和壓力等技術(shù)參數(shù)。其它直徑為150 mm管道的流程包括旁接流程、清管流程、倒罐流程、進(jìn)油流程以及高壓瀉放流程。直徑為300 mm管道的流程與此類似。
2、整個(gè)系統(tǒng)的要求
接受上位計(jì)算機(jī)的命令，各個(gè)流程間能夠無沖擊的相瓦切換，采集83個(gè)模擬信號并傳給上位計(jì)算機(jī)，對故障進(jìn)行報(bào)警處理。對電動閥、攪拌機(jī)、螺桿泵、變頻器進(jìn)行控制和信號顯示，對上位計(jì)算機(jī)是透明的。
二、環(huán)道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1、環(huán)道系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
采用美國ROCKWELL公司生產(chǎn)的Control—Logix系列PLC控制系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)有雙機(jī)熱備功能。同時(shí)還采用了高速傳送、實(shí)時(shí)I/O的控制網(wǎng)絡(luò)(ControlNet)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了過程數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)傳輸和過程控制，增強(qiáng)了PLC系統(tǒng)的擴(kuò)展性和數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性。圖2為硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
該系統(tǒng)中配置了2個(gè)相同的CPU模塊和2個(gè)SRM熱備模塊(用光纖連接)，用于實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備，切換時(shí)間為80～220 ms。4塊CNBR模塊和1塊PCIC卡，用于組成ControlNet通信網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)為同軸電纜。6塊數(shù)字量輸出模塊共96點(diǎn)、9塊數(shù)字量輸入模塊共144點(diǎn)，主要用于電動閥的數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出。6個(gè)RTD模塊、4個(gè)模擬量輸入模塊用于采集溫度、壓力、流量、液位、變頻器和部分電動閥狀態(tài)等參數(shù)。1塊模擬量輸出模塊用于控制變頻器和開度可控電動閥。整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字量輸入與輸出、模擬量輸人與輸出共320多點(diǎn)，同時(shí)還要完成3個(gè)閉環(huán)的P1D控制功能。
2、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
PLC軟件的設(shè)計(jì)采用ROCKWELL公司的RSLogix5000軟件，它是專門用于ControlLogix系列PLC組態(tài)、編程、監(jiān)控的軟件。可以離線編程，編程完成后可通過上位機(jī)與PLC相連的ControlNet網(wǎng)絡(luò)下載到PLC的CPU中。
PLC的軟件采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，主要包括主程序、初始化、復(fù)位、報(bào)警和顯示、數(shù)據(jù)處理和9個(gè)流程子程序。主程序在不同條件下調(diào)用不同的子程序，完成PLC控制系統(tǒng)的功能。程序流程見圖3。
本系統(tǒng)在現(xiàn)場投入運(yùn)行后，能滿足初始設(shè)計(jì)的要求，并正常測試原油的各項(xiàng)參數(shù)，利用相關(guān)的軟件和測出的參數(shù)可計(jì)算出原油輸送的最佳條件，并能模擬真實(shí)輸油管道的運(yùn)行情況，形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的現(xiàn)場試驗(yàn)環(huán)道。
