基于PLC與IPC的原油自動計量系統

　　1、引言

　　在石油行業的原油管道輸送過程中,各企業之間需要進行原油交接,因此流量計使用比較廣泛。而計量精度則是一個關鍵參數,它關系到企業的經濟效益和信譽。近年來,隨著工業控制技術的飛速發展,可編程控制器(PLC)廣泛進入工控領域,并增加了一些專用控制功能,例如PID調節功能、伺服功能、高速計數(HSC)功能等,又具有較高的可靠性,使得利用PLC實現原油自動計量就成為可能。為此,我們利用工業計算機(IPC)和PLC構成新型的集散式原油自動計量系統。此系統可通過以太網將數據遠傳至控制中心。

　　此項目已在魯寧長輸管線的數處計量站應用成功,在測量精度、系統穩定性、工作效率、可靠性及可操作性等方面,取得了良好的標定效果。

　　2、系統工作原理與硬件配置

　　2.1控制系統工作原理

　　系統結構如圖1所示。運用管道輸油時,通過現場控制室PLC打開/關閉相應的電動閥,進行流程切換,使相應的流量計投入運行。由流量計發信器將脈

　　沖傳遞到PLC,PLC利用高速計數模塊采集流量計發出的脈沖數,并將其轉換為標準狀態下的容積值。同時,PLC將實時采集流體的壓力和溫度(分別由壓力變送器和溫度變送器提供),所有數據通過以太網送入上位IPC,IPC結合流體實時壓力、溫度值調用原油計量表數據庫,將測得的累積量值轉換為標準狀態下(20℃,101325Pa)的累積量值,并將數據存儲在IPC的硬盤上。而且,IPC可以驅動打印機打印出計量報告。

　　2.2控制系統的軟、硬件配置

　　控制系統主要由一次設備、二次設備以及控制體和軟件構成。一次設備主要包括壓力表、溫度計、流量計等;二次設備主要包括溫度變送器、壓力變送器、脈沖發信器、電動閥等;控制體主要包括PLC、IPC(配置網卡)、打印機、集線器及應用軟件等,參見圖1。

　　2.2.1硬件部分

　　(1)IPC:為保證系統的高度可靠性,選用了目前國內應用較多的DellGX260型計算機。具體配置為:PⅢ1.7GHzCPU、256MB內存、40GB硬盤、SONY21英寸純平顯示器、64MB顯卡、聲卡及音箱(報警和提示用)等。

　　(2)PLC:選用美國Rockwell公司的A2BPLC作為系統的控制核心,其特點是可靠性高、功能強、可擴展性好。具體配置如下:CPU為17472L551B(內置以太網通信口);模擬量輸入(AI)模塊選用17462NI4,它具有4個高電平模擬輸入端,可輸入4mA～20mA等標準信號,12位A/D轉換精度,具有輸入超調監控功能和測量濾波抗干擾功能;模擬量輸出(AO)模塊選用17462NO4I,它有4個模擬輸出端,無需外部電源,可輸出各種標準信號,包括0mA～20mA、4mA～20mA、±10V等信號;開關量輸入(DI)模塊選用17462I×16,它具有單端隔離的16路24VDC輸入,所有的輸入均配有濾波器,能夠保證最大0.1ms的抗擾性,濾除線電源干擾;開關量輸出(DO)模塊選用17462O×16,它具有8路繼電器輸出,內部提供過載和短路保護,并具有通道故障自診斷功能;HSC模塊選用17462HSCE,可計數最大頻率為40kHz的脈沖,實現向上計數、向下計數或向上/向下計數。

　　(3)網絡功能:根據設計中現場數據遠程實時監視的要求,在每臺IPC中各配置了1塊網卡,PLC與IPC之間、IPC與IPC之間采用抗干擾能力較強的五

　　類屏蔽雙絞線建立以太網。考慮到現場計量間距離調度室較遠,在線路中間加入了3COM公司的8通道高速集線器,以保證數據可靠傳輸。

　　(4)流量儀表:采用日本OVAL公司的UF2Ⅱ型轉子流量計,它具有精度高、流量范圍寬、重復性好等優點。流量計現場部分配有不歸零計數器和調整器,流量轉換和變送部分為OVAL公司的PG30EP型脈沖發信器。

　　(5)溫度壓力儀表:溫度變送器及壓力變送器均能夠提供4mA～20mA的標準信號。

　　(6)電動閥:可通過直流24V的開關量輸出,控制電動閥的全開或全關,同時,電動閥提供無源的位置信號輸出和狀態信號輸出。

　　2.2.2軟件部分

　　系統的軟件主要包括平臺軟件、PLC編程軟件和IPC組態軟件。

　　(1)系統平臺軟件:采用Windows2000作為系統平臺,設置了系統密碼和操作員指令,屏蔽了軟件的某些功能,以限制系統的操作,防止非法用戶進入系統。

　　(2)PLC編程軟件:采用A2B公司的Rslogix500,它是一個基于Windows環境的編程軟件套件,專供A2B500系列PLC使用,支持梯形圖(LD)、指令語句表(IL)、順序功能圖(SFC)等多種語言模式,具有在線編程、診斷和在線仿真調試等功能,可支持以太網以及DF1FullDuplex、DH485、DF1HalfDuplexMarster/Slave等通信協議或通信總線。

　　(3)IPC組態軟件:選用澳大利亞西亞特公司著名的工控軟件Citect5.0,該軟件可運行于WindowsNT/2000平臺,具有采樣速度快、實時性強、可靠性高等特點,組態方便,報警方式多樣,實時、歷史趨勢曲線制作簡單,能夠與其它應用軟件例如VB、VC、VF、Excel等實現無縫鏈接,靈活、方便地實現數據調用和報表打印。

　　3、控制系統的數據流向及軟件流程

　　3.1數據流向

　　(1)PLC通過模擬量輸入模塊讀取現場溫度和壓力數據(標準4mA～20mA信號),按儀表量程的不同,經程序運算轉換為標準的工程量單位;通過高速計數模塊讀取流量計的脈沖信號,由主程序調用計量子程序,按照脈沖流量比計算出流量的瞬時值和累積值;通過控制開關量輸入/輸出模塊電動閥的開關,來自動切換流程。

　　(2)IPC利用通信模塊從PLC中讀取數據,將其

　　記錄到本機的歷史數據庫中,應用程序讀取并顯示現場數據及流量的瞬時值和累積值;同時,PLC也通過通信模塊讀取和執行IPC的操作指令。

　　(3)PLC將采集和計算得到的被檢流量計各項參數傳輸到IPC,IPC結合流體實時壓力、溫度值,調用原油計量表數據庫,將測得的累積量值轉換為標準狀態下的累積量值,由IPC調用Excel報表系統進行記錄,驅動打印機自動打印出計量報表。

　　3.2軟件流程

　　軟件流程如圖2所示。

　　根據以上推導結果畫出邏輯圖如圖4所示

　　綜上所述,在實現優先編碼器的功能擴展時(以T4148為例),設計方法可歸納為:最高位片的使能輸入端作為總的使能輸入端,最低位片的使能輸出端作為總的使能輸出端,相鄰兩片之間,高位片的使能輸出端接入低位片的使能輸入端,總的擴展端?YEX為各片的擴展端邏輯“與”,總的代碼輸出中,低3位(Z2,Z1,Z0)為各片輸出Y2、Y1、Y0邏輯“與”,高位輸出端必須利用擴展端YEX來實現。當用4片T4148組成32線-5線優先編碼器時,可按表4所示,列出擴展端與高位代碼輸出的真值表。

　　4、結束語

　　雖然本文討論的是優先編碼器的擴展設計方法,但是對于其它邏輯功能部件的擴展,也可依照同樣的思路進行。