摘要：介紹了可編程序控制器(PLC)在石油環(huán)道試驗系統(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)計的基本情況。實際運行表明，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)進行采集，并能橫擬實際贛油管道的運行。
石油管道運輸?shù)脑推焚|(zhì)差異較大，輸送要求的各種參數(shù)不近相同。為此要在接近實際工況的條件下建立現(xiàn)場試驗環(huán)道，測定原油各項輸送參數(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)場試驗環(huán)道的運行，同時又不會影響實際輸油管道的正常運行。
一、環(huán)道系統(tǒng)概況及功能
為了進行原油流變性、原漓降溫輸送、原油結(jié)蠟及輸油管道停輸再啟動的研究”’，在實際輸油管道的某輸油泵站建立現(xiàn)場試驗環(huán)道，對實際輸油管道的各種工藝流程進行模擬，并采集溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)。通過試驗數(shù)據(jù)可以對原油流變性、降溫輸送、原油結(jié)蠟進行定量分析，為管道的停輸再啟動提供模擬計算結(jié)果。
現(xiàn)場試驗環(huán)道由直徑為300 mm和150 mm兩套環(huán)路系統(tǒng)構(gòu)成，設(shè)計壓力均為4.0 MPa，可分別進行各項測試。整個系統(tǒng)的控制點有電動球閥16個，電動閘閥4個，開度可控電動閘閥3個，變頻器，螺桿泵，攪拌器各l臺l需要采集的信號點有壓力、壓差共12個點，溫度56個點，液位1個點，流量2個點，系統(tǒng)能夠完成9個不同的工藝流程。現(xiàn)以直徑為150 mm的管道自循環(huán)流程為例進行工藝流程的試驗(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)道中往復流動。依靠泵的電機轉(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、整個系統(tǒng)的要求
接受上位計算機的命令，各個流程間能夠無沖擊的相瓦切換，采集83個模擬信號并傳給上位計算機，對故障進行報警處理。對電動閥、攪拌機、螺桿泵、變頻器進行控制和信號顯示，對上位計算機是透明的。
二、環(huán)道系統(tǒng)的設(shè)計
1、環(huán)道系統(tǒng)硬件設(shè)計
采用美國ROCKWELL公司生產(chǎn)的Control—Logix系列PLC控制系統(tǒng)，并設(shè)計有雙機熱備功能。同時還采用了高速傳送、實時I/O的控制網(wǎng)絡(luò)(ControlNet)通信技術(shù)，實現(xiàn)了過程數(shù)據(jù)采集、實時傳輸和過程控制，增強了PLC系統(tǒng)的擴展性和數(shù)據(jù)采集的實時性。圖2為硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
該系統(tǒng)中配置了2個相同的CPU模塊和2個SRM熱備模塊(用光纖連接)，用于實現(xiàn)雙機熱備，切換時間為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、9塊數(shù)字量輸入模塊共144點，主要用于電動閥的數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出。6個RTD模塊、4個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，同時還要完成3個閉環(huán)的P1D控制功能。
2、系統(tǒng)軟件的設(shè)計
PLC軟件的設(shè)計采用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，主要包括主程序、初始化、復位、報警和顯示、數(shù)據(jù)處理和9個流程子程序。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)場投入運行后，能滿足初始設(shè)計的要求，并正常測試原油的各項參數(shù)，利用相關(guān)的軟件和測出的參數(shù)可計算出原油輸送的最佳條件，并能模擬真實輸油管道的運行情況，形成了一個功能強大的現(xiàn)場試驗環(huán)道。
