海上平臺AB系列PLC系統的自主搭建及應用

李文皓，劉 靖

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業公司 天津300457)

0 引 言

隨著海洋石油事業的飛速發展，海上采油平臺人員流動性顯著增強，但問題隨之而來：新員工普遍存在理論知識豐富，但與生產實際有不同程度的脫節，且動手能力差的問題。如何在不影響生產流程和設備運行的前提下盡快讓新員工掌握現場設備運行原理，提高動手能力，滿足崗位要求，成為各海上平臺面臨的新課題。

基于以上問題，筆者提出建立 AB系列 PLC(Programmable Logic Controller)系統的計劃，即利用平臺現有使用較多的 AB系列 PLC的設備及備件，在保障安全的前提下，自主搭建系統，進行與平臺實際聯系密切的各種儀表試驗，貼近現場實際，使新員工能盡快深入了解現場設備原理，提高動手能力。

1 設計需求

1.1 設計思路

利用平臺現存 AB系列 PLC系統硬件，搭建一套小型PLC系統，通過編寫程序，實現單回路的邏輯控制輸出或連鎖邏輯的輸出，同時與電氣專業的相關實驗平臺結合，實現對電氣設備的自動起停及狀態顯示。

系統電源來自于電氣試驗臺的 110,VAC，通過主開關CZ接入2個分開關CK1與CK2。CK1接入卡件電源模塊 PRI為卡件底板供電；CK2接入穩壓變壓器 PS為外接儀表供電(如壓力、溫度變送器)。將 DI、DO、AI、AO 的所有通道都接到端子排接出，方便試驗時接線。利用RSlogix5000來編程實現各種功能，采用梯形圖來編寫程序。

圖1 PLC系統原理圖Fig.1 Schematic diagram of PLC system

1.2 功能設計

1.2.1 數字控制回路

①開關量輸出

從 DI卡件接入一手動開關 K1，從 DO卡件的2個通道分別接出2個指示燈L1與L2。編寫程序，實現當K1閉合時，L1燈亮，L2燈熄滅；當K1斷開時，L1燈亮，L2燈熄滅。

②電機啟停控制

從DI卡件接入兩個按鈕開關K1、K2，從DO卡件的一個通道接出兩個指示燈 L1和 L2，L1為電機運行指示燈，L2為電機停止指示燈。編寫程序，實現當 K1按下時，L1燈亮，L2燈滅，表示電機啟動；K2按下時，L1熄滅，L2燈滅，表示電機停止(待電氣試驗箱完成后，將輸出給 L1的信號給電氣試驗箱上的電機控制繼電器，用PLC控制繼電器的吸合和斷開，而控制接觸器線圈的通電與斷開，來控制電機的啟動與停止)。

此外，在 DI的輸入端接入溫度開關、壓力開關、溫度開關可實現溫度、壓力高低報警、關斷，液位高低報警開關。

1.2.2 模擬控制回路

①模擬壓力高低報警

從 AI卡件接入壓力變送器 PT-01，從 DO卡件的2個通道分別接出低壓報警指示燈L3與高壓報警指示燈 L4。編寫程序實現 PT-01的低壓報警與高壓報警燈光顯示，如設定 1,000,kPa為低壓報警值，2,000,kPa為高壓報警值。當系統開始工作后，由于壓力低于 1,000,kPa，低壓報警指示燈 L3亮；將手動打壓裝置連接到壓力變送器取壓口進行打壓，當壓力超過 1,000,kPa后，低壓報警指示燈 L3熄滅；繼續打壓，當超過2,000,kPa后，高壓報警指示燈L4亮。

液位、溫度高低報警同上。

②模擬調節閥的控制

仍由壓力變送器提供4～20,mA信號輸入AI卡件，從 AO卡件接出到萬用表，檢測輸出電流大小并以之表示閥開度。

2 系統的應用

2.1 硬件搭建

PLC系統的硬件結構主要由電源模塊、CPU、I/O卡件、按鈕及指示燈等組成。安裝過程中應注意固定牢固，安裝完成之后檢查接線是否有錯誤。

圖2 PLC硬件圖Fig.2 PLC system hardware

2.2 程序組態及下裝

程序下裝過程中注意以下幾點：

①上傳或下載程序時，要將 PLC打到“遠程”或“編程”模式；

②在“go offline”狀態下才可進行程序的編輯；③程序運行過程中不允許上傳或下載程序；

④在賦予輸入輸出點地址時一定要查實物理接線；

⑤當聯機顯示程序運行正常，而無輸出時，用萬用表檢查相關接線。

2.3 功能測試

以模擬電機啟停程序測試為例。

①試驗原理

本試驗通過軟件梯形圖模擬電機的啟停，啟停按鈕由觸點開關代替，電機由繼電器模擬；按啟動按鈕，信號由 DI的第一邏輯位輸入，此時邏輯繼電器吸合，經ESD模塊的轉換(可選)，由DO的第一邏輯位輸出，繼電器吸合，運行指示燈亮，繼電器吸合；按停止開關，停止信號由 DI的第二邏輯位輸入，PLC處理后，經 ESD模塊轉換，由 DO的第三邏輯位輸出，停止指示燈亮，繼電器斷開。

②試驗步驟

程序通過以下邏輯圖實現(見圖3)。

圖3 啟停信號邏輯Fig.3 Start and stop logic

在PLC的“運行”模式下，按下啟動按鈕后，邏輯線圈、中間邏輯線圈和輸出邏輯線圈均得電(見圖 4)。

圖4 輸出邏輯動作Fig.4 Output logic action

繼電器動作輸出，現場運行指示燈亮，同理當按下停止按鈕之后，運行指示燈滅，停止運行指示燈亮(見圖 5)。

圖5 啟動、停止狀態指示Fig.5 Start and stop state instructions

3 應用結果分析

通過實驗，儀表人員對 PLC整體系統搭建有了深度認識。由于參與者目前對于 PLC系統認識僅限于程序讀取和查看，并沒有真正接觸到整套系統硬件的組裝配置、硬件內部的設置、程序的編輯等過程，通過親手去做，能夠熟悉整個過程，小到對每一個卡件的接線，大到PLC內部每一個設置細節，可以說已經對 PLC的認識有了飛躍式提升。并且，通過對模擬信號故障設備檢修后的檢測、離散量故障設備檢修后的檢測，可以對平臺庫存中的備件，主要是透平的燃油、燃氣、可導葉片等執行機構進行零點和量程標定，使參與者對平臺的備件有一個良好的認知。

4 結 論

針對平臺現有設備搭建了一個小型的 PLC系統，分硬件部分和程序編寫兩部分，實現的具體功能主要是模擬平臺的設備運行狀況。通過試驗的實現，使新員工對 PLC各卡件工作原理及工作過程中卡件的狀態指示有了更深刻的印象，對Logic5000的使用也更為熟悉。同時，通過對系統的不斷完善與改進，使之具備更多功能，成為科技創新的練兵場。■

［1］鄧李．ControlLogix系統使用手冊[M].北京：機械工業出版社，2008：28-115.

［2］錢曉龍．ControlLogix系統組態與編程：現代控制工程設計[M].北京：機械工業出版社，2013：1-20.

［3］張曉君，劉作榮.工業電器與儀表[M].北京：化學工業出版社，2010：172-201.