機場加油PLC控制系統設計

1 引言
某機場采用一個集中的油庫給飛機加油車供應油料，由于加油點與油泵站有1000m左右，該油料股希望設計一個自動啟動和停止油泵的控制系統，以取代原來人工控制的單片機的恒壓供油系統。用戶現有兩臺55kW的油泵，一個油壓傳感器，四個加油點。要求只要有加油點的油閥打開，油泵必須啟動且恒壓供油，當加油點的油閥都關閉了，油泵能自動停止。

2 需求分析
加油控制系統的控制對象是兩臺油泵，由于加油壓力要恒定，而加油點的開啟和關閉是隨機的，因此要采用變頻器來控制和調節油泵，才能達到恒壓的目的。現場只一個油壓傳感器，必須充分利用這個信號。經過實地考察和實驗，發現油管路的密閉性良好。因此采用壓力差來控制油泵的啟動和停止是可行的。加油點的油閥的流量是一致的，這給設計帶來了一些便利。盡管加油點比較分散，仍然可以把四個加油閥看成一個大的加油閥，將大的加油閥分為四級開度，可以對應加油閥的開啟個數, 而不必考慮其組合。同樣可以兩個油泵合為一個考慮。這樣我們就可以把一個較復雜的系統簡化為一個簡單的系統。我們現在可以很容易的給出控制的策略，根據加油閥的四級開度，也將泵的轉速分為四級，在油壓恒定條件下，使開度與轉速一一對應。因此我們根據開度來控制變頻器的速度，即可達到恒壓的目的。但現場只一個油壓傳感器，如何能知道泵的開度呢？其實泵在靜態運行時，泵速、油壓、流量是恒定的，當開度增加或減少時，流量必然隨著增加或減少，在泵速不變的情況下，流量與油壓成反比。油壓的變化可以由壓力傳感器反映出來，盡管檢測的信號比實際的動作滯后5s左右，但不影響系統的控制，因此我們可以根據這個變化量來控制泵速的增加或減少以及啟動和停止。

3 硬件設計及系統簡介
考慮到加油站是機場的重要部門，必須保證系統可靠，我們采用一臺變頻器帶一臺泵的設計方案，控制系統采用西門子S7-200系列PLC，型號為CPU224，數量一臺;模擬輸入輸出模塊一塊，型號為EM235;顯示元件為TD200;變頻器采用三墾SHF系列變頻器。系統控制方式分為自動和手動兩種，自動方式用于正常運行情況，而手動方式用于調試和檢測器失效情況下使用。油泵的起停按鈕只有在手動方式時才有效。同時手動的調速旋鈕R1，R2也是在手動方式時才有效，由K1在選擇開關置于手動時接通。Q0.0和Q0.2分別為1#和2#變頻器的啟動信號, Q0.1和Q0.3為1#和2#變頻器全速(50Hz)運行命令。Q0.7和Q1.0為1#和2#變頻器的轉速調節模擬信號切換。通過開關SW2可以選擇那臺臺變頻器優先啟動。控制系統運行前，先在TD200文本顯示器中設定目標壓力值、啟動壓力值和停機壓力值，然后將SW1置于自動。如果壓力傳感器檢測到管道的壓力高于啟動壓力值時，系統將處于等待狀態。直到加油點的閥門打開，管道的壓力低于啟動壓力值時，系統將自動啟動一臺油泵，變頻器按第一級開度的對應頻率運行。如果在預設的時間內，壓力未達到設定值，變頻器按第二級開度的對應頻率運行。依此類推，當所有加油點的閥門全開時，則一臺變頻器處于全速運行，另一臺調速運行。當加油點的閥門關閉時，壓力傳感器檢測到管道壓力有上升的趨勢，則將變頻器的頻率按開度級依次降下來。直到變頻器的運行頻率低于第一級開度的對應頻率或管道的壓力高于停機壓力值達到預定的時間，則系統停止變頻器的運行，處于待機狀態。另外，變頻器運行在任一開度級頻率時，程序會根據壓力的誤差，模擬人工作一些細微的調整，使管道壓力維持恒定。程序流程圖如圖1所示。

圖1 程序流程圖

4 結束語
本文詳細分析一個實用的PLC系統的設計過程，借鑒了軟件工程的一些分析方法，使得設計分析過程清晰，易于理解和編程，這對大型的PLC控制項目的設計分析非常有效。本系統運行兩年的情況表明，PLC控制系統比原系統更可靠，壓力更穩定，加油時間較原來縮短了5分鐘(原來加滿一輛油車需30分鐘)。