PLC在原油加熱站SCADA系統中的應用

隨著我國經濟飛速發展，石油需求量不斷加大，人口密集城市石油需求更加緊張，對于原油的輸送也就越來越重要，長輸油管道輸送途中設計了原油加熱站，主要解決原油輸送過程中原油溫度下降所帶來的困難。由于輸油管線長、沿線站點分散，距離相對較遠、地理位置相對偏僻等特點，采用SCADA（Supervision Control and Data Acquisition System）控制系統對其進行數據采集和集中監控。SCADA系統不是完全的控制系統，而是一種與PLC、RTU或其它硬件模塊進行通訊連接實現集中監控的工業自動化監控系統。本文以直羅———富縣原油管輸工程中任家臺加熱站為研究，采用施耐德PLC和RTU組成SCADA控制系統。SCADA系統采用三級控制方式，包括調度中心控制、站庫控制和現場就地控制，三級控制之間實現無擾切換。

一、工藝流程

任家臺加熱站工藝流程為入口原油來自直羅加熱站來油，經收球筒裝置到加熱爐，將原油加熱到設計溫度后經發球筒外輸至富縣站。其中收發球筒屬于管道清理裝置，對輸油各個加熱站之間的管道進行清理，提高管道輸送能力的裝置。加熱爐是用來為原油進行加熱，設計要求為原油出口溫度為60℃。加熱站主要流程為燃料油燃燒流程，燃料油通過輸油泵將燃料油從燃料油罐中抽出，輸送到電加熱器中進行加熱，然后送入加熱爐燃燒為原油加熱，剩余燃料油回流至燃料油罐。

二、系統硬件結構及系統功能

任家臺加熱站PLC系統采用施耐德昆騰系列PLC，電源、CPU、通訊模塊采用冗余結構，連接遠程I/O機架插入雙電源模塊、AI模塊、AO模塊、DI模塊、DO模塊和遠程通訊模塊。電源模塊采用SIEMENS公司電源，浪涌保護器采用MTL公司。系統架構如圖1所示。

SCADA系統主要功能：（1）監控原油出、入站壓力和溫度；（2）監控單體泵運行狀態；（3）檢查數據報警限，檢測報警狀態輸入并生成報警表；（4）啟停泵控制以及出站調節閥PID控制；（5）緊急切斷和停車；（6）顯示動態工藝流程圖；（7）顯示實時數據趨勢和歷史趨勢；（8）邏輯聯鎖控制；（9）管線泄漏監控；（10）生成生產報表。

三、下位機程序

加熱站下位機使用施耐德Unity Pro軟件，程序中包括模擬量量程轉換、PID控制模塊、邏輯聯鎖控制。模擬量轉換是通過一個封轉的量程轉換功能塊進行數據轉換，當4～20mA模擬量信號進入模擬量通道后，首先經過模塊采集數據的模式將電流信號轉換成0～16000的整型數據類型，整形數據是可以直接被計算機識別的，但是不能被用戶直接使用，所以需要使用量程轉換模塊將0～16000的轉換成為各種不同單位的實型數據，轉換模塊原理如圖2。

說明：IN0為模塊當前整型量，IN1為模塊整型量最小值，IN2代表模塊整型量最大值，IN3代表轉換后量程下限，IN4代表轉換后量程上限。

封裝好的功能塊如圖3所示。

PID控制模塊使用軟件內部PIDFF模塊，這是一個帶偏差輸入的PID控制模塊，自帶手自動切換功能、復位初始化功能。其中PARA是一個參數的數組，數組中包括PID參數Kp、Ti、Td、測量值上下限值，輸出值上下限值，還有一些標志變量，用來顯示模塊工作狀態和模式。加熱站中需要對燃料油罐內燃料油液位和燃料油入口壓力進行調節，使用了兩個調節閥進行控制。PID控制模塊如圖4所示。

加熱站中有三個截斷閥，兩個輸油泵，每個截止閥有兩個DI（狀態）反饋閥門當前狀態，兩個DO（指令）控制閥門開關。輸油泵只有一個DI（狀態）反饋泵運行狀態，一個DO（指令）聯鎖停泵指令，PLC程序如圖5所示。

四、上位機組態

上位機使用SCADA組態軟件Vijeo Citect，通過計算機設置向導設置計算機與PLC通訊地址和方式，并且設置好對應PLC型號和顯示方式。組態軟件是用來設計制作人機交互畫面，使用戶可以遠程監控和操作現場設備和各個工藝參數。上位機制作的監控系統包括工藝流程圖、報警頁、趨勢頁、報表頁和其他彈出式小窗口。

其中閥門操作畫面如圖6所示。

PID控制界面如圖7所示。

將PLC和計算機IP地址設置完成后，計算機就可以與下位PLC通訊并可以傳輸數據。

五、結束語

加熱站是原油長距離傳輸途中不可缺少的一部分，在這個項目中對加熱站流程進行組態，實現了聯鎖保護、溫度和壓力PID控制、各個工藝參數的實時監控。