【摘 要】 介绍了利用PLC + IPC 实现原油自动计量的工作原理和过程,阐述了系统实现的硬件组成、软件流程,最后着重介绍了PLC + IPC 在计量中应用的技术特点及其应用效果。此项目已在鲁宁长输管线的数处计量站应用成功,在测量精度、系统稳定性、工作效率、可靠性及可操作性等方面,取得了良好的标定效果。
关键词: IPC , PLC , 原油计量
1 引 言
在石油行业的原油管道输送过程中,各企业之间需要进行原油交接,因此流量计使用比较广泛。而计量精度则是一个关键参数,它关系到企业的经济效益和信誉。近年来,随着工业控制技术的飞速发展,可编程控制器(PLC) 广泛进入工业控制领域,并增加了一些专用控制功能,例如PID 调节功能、伺服功能、高速计数(HSC) 功能等,又具有较高的可靠性,使得利用PLC实现原油自动计量就成为可能。为此,我们利用工业计算机( IPC) 和PLC 构成新型的集散式原油自动计量系统。此系统可通过以太网将数据远传至控制中心。
此项目已在鲁宁长输管线的数处计量站应用成功,在测量精度、系统稳定性、工作效率、可靠性及可操作性等方面,取得了
2 系统工作原理与硬件配置
2. 1 控制系统工作原理
系统结构如图1 所示。运用管道输油时,通过现场控制室PLC 打开/ 关闭相应的电动阀,进行流程切换,使相应的流量计投入运行。由流量计发信器将脉
冲传递到PLC ,PLC 利用高速计数模块采集流量计发出的脉冲数,并将其转换为标准状态下的容积值。同时,PLC 将实时采集流体的压力和温度(分别由压力变送器和温度变送器提供) ,所有数据通过以太网送入上位IPC , IPC 结合流体实时压力、温度值调用原油计量表数据库,将测得的累积量值转换为标准状态下(20℃,101 325 Pa) 的累积量值,并将数据存储在IPC 的硬盘上。而且, IPC 可以驱动打印机打印出计量报告。
2. 2 控制系统的软、硬件配置
控制系统主要由一次设备、二次设备以及控制体和软件构成。一次设备主要包括压力表、温度计、流量计等;二次设备主要包括温度变送器、压力变送器、脉冲发信器、电动阀等;控制体主要包括PLC、IPC(配置网卡) 、打印机、集线器及应用软件等,参见图1 。
2. 2. 1 硬件部分
(1) IPC:为保证系统的高度可靠性,选用了目前国内应用较多的Dell GX260 型计算机。具体配置为:P Ⅲ1. 7 GHz CPU、256 MB 内存、40 GB 硬盘、SON Y21 英寸纯平显示器、64 MB 显卡、声卡及音箱(报警和提示用) 等。
(2) PLC:选用美国Rockwell 公司的A2B PLC 作为系统的控制核心,其特点是可靠性高、功能强、可扩展性好。具体配置如下:CPU 为17472L551B (内置以太网通信口) ;模拟量输入(AI) 模块选用17462NI4 ,它具有4 个高电平模拟输入端,可输入4 mA～20 mA 等标准信号,12 位A/ D 转换精度,具有输入超调监控功能和测量滤波抗干扰功能; 模拟量输出(AO) 模块选用17462NO4 I ,它有4 个模拟输出端,无需外部电源,可输出各种标准信号,包括0 mA～20 mA、4 mA～20mA、±10 V 等信号;开关量输入(DI) 模块选用17462I
×16 ,它具有单端隔离的16 路24 V DC 输入,所有的输入均配有滤波器,能够保证最大0. 1 ms 的抗扰性,滤除线电源干扰;开关量输出(DO) 模块选用17462O×16 ,它具有8 路继电器输出,内部提供过载和短路保护,并具有通道故障自诊断功能;HSC 模块选用17462HSCE ,可计数最大频率为40 kHz 的脉冲,实现向上计数、向下计数或向上/ 向下计数。
(3) 网络功能:根据设计中现场数据远程实时监视的要求,在每台IPC 中各配置了1 块网卡, PLC 与IPC 之间、IPC 与IPC 之间采用抗干扰能力较强的五
类屏蔽双绞线建立以太网。考虑到现场计量间距离调度室较远,在线路中间加入了3COM 公司的8 通道高速集线器,以保证数据可靠传输。(4) 流量仪表:采用日本OVAL 公司的UF2 Ⅱ型转子流量计,它具有精度高、流量范围宽、重复性好等优点。流量计现场部分配有不归零计数器和调整器,流量转换和变送部分为OVAL 公司的PG30EP 型脉冲发信器。
(5) 温度压力仪表:温度变送器及压力变送器均能够提供4 mA～20 mA 的标准信号。
(6) 电动阀:可通过直流24 V 的开关量输出,控制电动阀的全开或全关,同时,电动阀提供无源的位置信号输出和状态信号输出
。2. 2. 2 软件部分
系统的软件主要包括平台软件、PLC 编程软件和IPC 组态软件。
(1) 系统平台软件:采用Windows 2000 作为系统平台,设置了系统密码和操作员指令,屏蔽了软件的某些功能,以限制系统的操作,防止非法用户进入系统。
(2) PLC 编程软件:采用A2B 公司的Rslogix 500 ,它是一个基于Windows 环境的编程软件套件,专供A2B 500 系列PLC 使用,支持梯形图(LD) 、指令语句表( IL) 、顺序功能图(SFC) 等多种语言模式,具有在线编程、诊断和在线仿真调试等功能,可支持以太网以及DF1 Full Duplex、DH485 、DF1 Half Duplex Marster/Slave 等通信协议或通信总线。
(3) IPC 组态软件:选用澳大利亚西亚特公司著名的工控软件Citect 5. 0 ,该软件可运行于WindowsNT/ 2000 平台,具有采样速度快、实时性强、可靠性高等特点,组态方便,报警方式多样,实时、历史趋势曲线制作简单,能够与其它应用软件例如VB、VC、VF 、Excel
3 控制系统的数据流向及软件流程
3. 1 数据流向
(1) PLC 通过模拟量输入模块读取现场温度和压力数据(标准4 mA～20 mA 信号) ,按仪表量程的不同,经程序运算转换为标准的工程量单位;通过高速计数模块读取流量计的脉冲信号,由主程序调用计量子程序,按照脉冲流量比计算出流量的瞬时值和累积值;通过控制开关量输入/ 输出模块电动阀的开关,来自动切换流程。
(2) IPC 利用通信模块从PLC 中读取数据,将其
记录到本机的历史数据库中,应用程序读取并显示现场数据及流量的瞬时值和累积值;同时, PLC 也通过通信模块读取和执行IPC 的操作指令。
(3) PLC 将采集和计算得到的被检流量计各项参数传输到IPC , IPC 结合流体实时压力、温度值,调用原油计量表数据库,将测得的累积量值转换为标准状态下的累积量值,由IPC 调用Excel 报表系统进行记录,驱动打印机自动打印出计量报表。
3. 2 软件流程
软件流程如图2 所示。
根据以上推导结果画出逻辑图如图4 所示
综上所述,在实现优先编码器的功能扩展时(以T4148 为例) ,设计方法可归纳为:最高位片的使能输入端作为总的使能输入端,最低位片的使能输出端作
为总的使能输出端,相邻两片之间,高位片的使能输出端接入低位片的使能输入端,总的扩展端?Y EX为各片的扩展端逻辑"与",总的代码输出中,低3 位( Z2 , Z1 ,Z0 ) 为各片输出?Y 2 、?Y 1 、?Y 0逻辑"与",高位输出端必须利用扩展端?Y EX来实现。当用4 片T4148 组成32线- 5 线优先编码器时,可按表4 所示,列出扩展端与高位代码输出的真值表。
4 结束语
虽然本文讨论的是优先编码器的扩展设计方法,但是对于其它逻辑功能部件的扩展,也可依照同样的思路进行。
