機場油庫供油自控系統設計分析

張黎明

(中國航空油料有限責任公司華東公司,上海 200335)

機場油庫供油自控系統設計分析

張黎明

(中國航空油料有限責任公司華東公司,上海 200335)

自控系統在中航油機場油庫供油保障中,起著保駕護航的重要作用。本文從機場油庫自控系統的罐區液位計量系統、質量檢查罐自動排油系統、PLC控制柜設計、供油系統參數和控制方式、數據讀入自控系統方式、應急供油系統六方面,從硬件設施、通信與控制方式等方面提出設計解決方案,旨在提高自控系統可靠性和穩定性,降低保障航油供油保障壓力,提出供油自控系統設計合理化建議。

機場油庫自控系統 PLC 應急供油

機場油庫作為航煤儲存和輸送鏈上的關鍵一環,供油自控系統承擔著保障航油供應,保證生產和操作人員安全,減少操作人員勞動強度,提高行業管理水平以及企業經濟效益的重要任務,其重要性和可靠性不言而喻。

1 罐區液位計量系統

自控系統通過液位信號可以實現高低液位報警、收發油罐自動切換等聯鎖功能。油罐現場儀表基本為進口設備,自身可靠性較高,液位信號的穩定、可靠傳輸顯得尤其關鍵。液位計信號可通過4-20mA信號、總線傳輸、無線通訊等方式進入自控系統。

下面以羅斯蒙特雷達液位計為例,提供液位計信號傳輸解決方案。

(1)總線和4-20mA信號通訊。系統通過總線通訊FCU和4-20mA兩種方式獲取液位計信號,PLC通過Mobus協議與FCU建立通訊,讀取液位計液位、溫度等信號。本方案適用于新建油罐液位計量,在上海虹橋機場成功實現。

(2)總線和無線通訊。系統通過總線通訊和無線通訊兩種方式獲取液位計信號,PLC通過Modbus協議與FCU建立通訊,讀取液位計液位、溫度等信號；無線通訊獲取液位計數據后通過OPC直接通過上位組態軟件讀取液位計的相關數據。本方案適用于舊罐液位計量,在寧波櫟社機場油庫成功實現(如圖1、圖2所示)。

2 質量檢查罐自動排油系統

目前機場油庫質量檢查罐排油方式基本為手動,需要經人工檢查液位后手動排油,由于每天排油量相對較大,容易疏忽,導致排油不及時,存在冒油風險。

針對這一情況,設計考慮在質量檢查罐上安裝液位開關或液位計,通過高低液位信號實現質檢泵的啟動和停止。將液位計信號和質檢泵的運行、啟動、停止、電流等信號傳輸給主控室PLC,用PLC編程來實現質檢泵的啟動和停止,系統并能及時發出液位高低報警或質檢泵報警,提醒操作人員。主控室操作人員能夠實時監控質量檢查罐的液位情況,在控制室自動或手動啟動質檢泵,實時監測質檢泵的運行情況。

圖1

3 PLC控制柜設計

PLC控制柜設計是否合理對自控系統日后的穩定運行和維護至關重要,因此建議柜內關鍵設備冗余配置。

3.1 雙機熱備、雙纜冗余設計

由于自控系統可靠性、穩定性、實時性的要求很高,建議PLC自控系統采用雙機熱備、雙纜冗余的配置。

雙機熱備是指CPU熱備冗余配置,兩塊CPU模塊通過熱備光口的通訊,每個掃描周期,主CPU都要根據自身的I/O狀態表,來更新備用CPU的I/O狀態表,使備用CPU始終與主CPU保持同步,當主CPU模塊或系統發生故障時,通過熱備通訊,可以同步、無擾動進行CPU模塊的切換,完成系統控制權從主CPU到備用CPU的轉移。

雙纜冗余是指為了保證通訊的可靠性,CPU與I/O模塊之間采用雙纜冗余的遠程通訊方式,通訊介質為電纜。

3.2 設備信號分類設計

每個可控設備的信號對于整個自控系統來說都應該是獨立的。單個設備的信號故障(短路、斷電等)不應影響整個自控系統的穩定運行。因此每個設備的信號供電均為獨立供電,可單獨控制。

3.3 電源系統冗余設計

自控系統的供電電源一般電壓等級為AC220V和DC24V兩種。

為保證整個供油控制系統供電的可靠性和穩定性,建議自控系統的電源設計均采用雙路熱備,并配有UPS。

所謂雙路熱備就是從外線引入不同兩路AC220V電源至交流電源自動切換分路器。系統正常工作時,A路處于供電狀態,B路處于備用狀態。當A路失電時,系統能夠自動切換至B路電源,切換時間＜20ms。

圖2

4 供油系統參數和控制方式

供油自控系統采集機坪加油總管的壓力信號,根據壓力的設定值同實際值的偏差進行加油泵變頻的恒壓控制,并參考每個加油泵出口流量信號,啟停加油泵,始終保證加油管線壓力的恒定。自控系統根據加油總管壓力和流量的變化控制投入運行的航煤加油泵臺數。

4.1 加油泵變頻控制

目前大多數機場油庫加油泵采用軟啟動器和變頻器組合的控制方式,隨著這幾年變頻器和軟啟動器的差價不斷縮小,越來越多的自控系統油泵采用全變頻器控制方式,全變頻優點如下:多臺變頻器起到了互為備用的作用；在并泵時可以實現大泵帶小泵,有效減緩了并泵時對系統的沖擊；變頻器與加油泵實現了一對一控制,就不需要在加油泵之間來回切換,簡化電氣回路,方便操作維護。

4.2 供油總管壓力變送器

供油控制系統的核心是恒壓供油,加油總管壓力是整個系統的核心參數?，F有大多數機場油庫加油總管只設置一臺壓力變送器,如其損壞,將無法實現變頻調節。因此建議設計時加油總管配置三臺壓力變送器,壓力信號進入PLC后,進行編程計算,通過壓力值三取二后再取平均值參與恒壓控制或者通過編程人工選擇任何一點壓力參與恒壓控制。

5 現場數據讀入自控系統方式

現場數據讀入自控系統有兩種方式,一是與計算機直接通信,二是與PLC直接通信。

(1)與計算機直接通信。計算機上位組態軟件獲取現場數據后,通過計算機將數據信號再寫入PLC,PLC對該計算機的依賴相對較高,且計算機相比PLC的穩定性較差。因此使用該方式對于整個控制系統來穩定性較差。

(2)與PLC直接通信。無論是總線通訊FCU方式還是無線通訊1420方式都提供了Modbus通訊接口,PLC可以直接通過Modbus接口直接將數據讀入PLC控制系統。使用該方式通訊可靠性和穩定性較高。

綜上所述,建議現場數據通過PLC讀入自控系統,提高可靠性和穩定性。

6 應急供油系統

隨著機場進出港航班的不斷增多,北京、上海、廣州機場每天甚至僅有一個小時左右沒有航班,機場油庫供油總量和供油頻率快速增長,使得供油自控系統幾乎沒有時間,也無法停止進行檢修維護。如果自控系統出現故障,將導致大面積航班延誤,造成不良的社會影響。因此機場油庫設置應急供油系統是必要的,也是保證機場油庫安全、可靠、穩定供油的有效措施。

機場油庫應急供油系統分為手動應急供油系統和自動供油系統兩種。

(1)手動應急供油系統。當PLC系統故障,操作人員利用變頻器控制柜上的啟停按鈕直接啟動加油泵,并根據管線壓力大小手動調節變頻器頻率,手動啟停加油泵。本系統是全手動操作,需要操作人員實時對現場的供油情況進行觀察,只適用于短時間應急加油。

(2)自動應急供油系統。當PLC控制系統出現故障無法短時間恢復時,設置專用小型PLC,加油泵的運行、啟動和停止信號,變頻器頻率反饋、頻率給定信號,加油總管壓力、流量信號等關鍵數據接入PLC。本系統運行可靠,可滿足較長時間運行。

應急供油系統根據油庫現有設施設備狀況,在原有系統的備用元件上進行改進,控制方式簡單,僅僅需要一鍵即可完成“自控系統”與“應急系統”之間的切換和啟動,應急系統甩開閥門、液位等其它聯鎖控制信號,僅從現場接入流量、壓力、頻率等控制信號,只對加油壓力和泵的運行進行控制,簡化流程,減少操作。

7 結語

隨著國家經濟的飛速發展,機場旅客吞吐量和貨郵吞吐量的迅猛增長,飛機航煤加油量快速增加,航油供油保障壓力與日俱增,無論從安全、經濟效益角度,還是以人為本角度,建議在今后設計機場油庫自控系統時,考慮關鍵設備冗余及應急供油系統的設計,提高其可靠性和穩定性,以滿足供油保障的運營要求,實現經濟效率和社會效率雙豐收的良好局面。

張黎明(1974—),男,浙江諸暨人,工程師,大學本科,從事機場供油自動控制和人力資源工作。