自控系統在機場油庫中的設計應用

馬駿(中國航空油料有限責任公司河北分公司，河北 石家莊 050000)

0 引言

機場油庫主要用于航油的接收、儲存、發油及給飛機加油作業。機場油庫與其相關供油設施是保證機場正常運行的關鍵配套系統之一[1]，公路運油與管線輸油是兩種主要的運輸航空燃料的方式。隨著民航航班量的逐年提升，越來越多的新建民用機場采取管線收油與發油的方式為航班安全保供，而自動化程度的提高也自然而然成為機坪管線供油系統中重要的內容。

1 自控系統在機場油庫中的主要功能

1.1 自動保壓供油功能

自動控制狀態下采集機坪加油總管的壓力、溫度信號，根據壓力的設定值同實際值的偏差進行油泵變頻的恒壓控制，并參考油泵出口流量信號，啟停發油泵，以使機坪供油管線保持在一定壓力范圍內，確保機坪現場供油穩定。

1.2 自動收發油換罐功能

根據設置的收發油換罐液位，按照系統收發油罐列隊順序，通過自動調整油罐進出口電動閥的開閉度，完成油庫收發油自動換罐操作。

1.3 各類聯鎖報警功能

通過設置油罐高低液位、可燃氣體濃度超標濃度、收發油管線壓力過低、收油流量過低等各類參數，在控制室進行語音與圖像報警，并通過聯鎖自動停泵、關閉電動閥與增加各類動作限制條件等設定，增加整個油庫自控系統安全系數。

1.4 數據顯示與報表功能

機場油庫自控系統通過采集現場雷達液位計、壓力變送器、溫度變送器、流量計與氣象站等參數，通過通訊網絡將參數在控制室上位機顯示，以便實時監控生產數據，同時將對歷史數據自動儲存，生成報表，以便查閱留檔。

2 機場油庫自控系統的基本設計

機場供油自動化系統包括硬件部分和軟件部分兩個方面：硬件部分主要包括各類儀表、PLC、通訊網絡、上位計算機等；軟件部分主要包括PLC下位程序、上位監控軟件等。控制系統結構由以下三個層次組成：基礎層主要是現場儀表和設備(雷達液位計、流量計等)；采集處理層主要是PLC可編程控制器(下位機)；表現層主要是監控界面(上位機)。

以上三個層次通過通訊協議(例如使用西門子CP341模塊實現Modbus RTU通訊)與控制系統I/O模塊及其相應線纜連接成為一個完整的控制系統。前兩層以硬件為主，包括現場測量的儀表、設備信號、PLC、網絡設備等。第三層主要以軟件為主，主要包括系統軟件及應用軟件。

2.1 現場儀器儀表設置

雷達液位計：每個油罐安裝雷達液位計并配套罐旁表，用于液位現場顯示與遠傳；高高/低低液位報警開關：可安裝浮球液位開關用于高高/低低液位報警聯鎖；溫度、壓力與差壓變送器：油罐與收發油管線安裝溫度與壓力變送器，并通過4～20 mA 電流信號輸出至自控系統模擬量輸入模塊；流量計：在收油與發油管線安裝流量計，用于流量監控，結合壓力參數判斷是否發生漏油事件；可燃氣探測器：根據規范要求在罐區、油泵房、過濾期間設置具有現場聲光報警功能的可燃氣體探測器，探頭距地 0.3～0.6 m間安裝，濃度及報警信號通過點對點方式接入可燃氣探測器控制器，控制器與PLC通過總線方式連接，實現上位機監控，并通過上位機編程軟件(例如WINCC)設置二級報警功能(一級報警濃度為25%LEL，二級報警濃度為50%LEL)；電動閥門：在油罐進出口、油泵進出口、收發油管線與回流管線設置電動閥門，用于自控系統根據作業條件進行遠程開關控制。

2.2 控制柜的設計

控制柜包括DCS控制柜、用于前端保護的浪涌保護柜、用于電源系統的ups供電柜與用于油泵控制的設備控制柜。DCS控制柜：該柜是整個自控系統的核心，系統包括硬冗余的PLC控制器、I/O模塊、電源模塊、通訊模塊及用于輸出的中間繼電器。浪涌保護柜：柜內布置有浪涌保護模塊、信號隔離模塊以及接線端子和信號模塊的供電電源轉換器，所有的外接設備的進線均進入此柜。ups供電柜：柜內包含有ups電源設備、用于設備供電的小型斷路器以及與上位機通訊用的交換機和光電轉換設備。設備控制柜：該柜主要用于油泵電機的控制，柜內含變頻器、備用的軟起控制器及用于主回路與控制回路控制的繼電器與接觸器等元器件。

2.3 軟件設計

系統軟件主要有操作系統軟件、人機界面編程軟件、可編程序控制器編程軟件。應用軟件主要有油庫監控軟件、消防監控軟件、數據庫軟件。該控制系統主要完成油庫內工藝設備的控制，主要實現以下功能。

(1)液位監測。實時監測油罐內儲油液位，溫度，壓力和高高、低低液位報警信號，人工設定高、低液位報警參數，系統自動記錄所有參數并打印及報表。

(2)工藝監控。實時監測并記錄油泵的啟/停等狀態信號、泵出口壓力信號、過濾器差壓等信號，庫區工藝電動閥門的狀態顯示：開到位、關到位、閥門故障和閥門開度。

(3)機坪管線加油控制。自動控制狀態下采集機坪加油總管的壓力、溫度信號，根據壓力的設定值同實際值的偏差進行油泵變頻的恒壓控制，并參考油泵出口流量信號，啟停工頻發油泵，始終保證加油管線壓力的恒定。

3 油泵的自動控制

油泵的自動啟停與變頻控制是油庫供油自控系統的核心功能，以4臺發油泵為例，自控系統將1號泵和3號泵設為一組，2號泵和4號泵設為一組，正常情況下，分單雙日運行，以00:00為切換時間點，單日運行1號泵和3號泵，雙日運行2號泵和4號泵，該狀態不可修改，修改的只是切換時間，根據系統壓力和流量進行油泵控制的規律設定如下。

3.1 啟泵控制

圖1所示中，當系統壓力(發油總管壓力變送器反饋的壓力參數)低于設定的最低啟泵壓力值A時，1號/2號油泵啟動，當系統流量(發油總管流量計反饋的流量參數)超出設定流量B時，延遲1 min啟動3號/4號泵(延遲啟動防止頻繁啟停泵機)；若流量超出設定流量B，同時系統壓力迅速下降至最低啟泵壓力值A以下時，迅速啟動 3號/4號泵；當系統流量繼續增大到設定流量C時，按同樣規律啟動當日不運行的 2號/1號備用泵。

3.2 停泵控制

圖2所示中，當流量減小到設定流量C時，停當日2號/1號備用泵；當流量減小到設定流量B時，停3號/4號泵；當流量繼續減小至0時，1號/2號油泵繼續運行停機保壓時間，并再次判斷系統流量是否為0，如果系統流量為0，壓力在正常范圍(450～700 kPa)，則1號/2號油泵停機。 在另外一種情況下，如果系統流量減小至0，當泵的運行頻率低于一定值時，為了防止油泵電機在超低頻下運行，泵機也會停止運行。

圖1 啟泵自動控制流程圖

圖2 停泵自動控制流程圖

3.3 故障運行

1號泵和2號泵互為備用，3號泵和4號泵互為備用；當1號/3號泵故障或在檢修模式時，且1號/3號泵有運行要求時，2號/4號泵代替運行，反之亦然。

4 結語

該套機場供油自控系統自投入運行至今已已滿7年，總體運行平穩，可實現機坪管網穩定保壓功能，具備手動/自動控制功能，控制方法比較成熟、系統安全可靠[2]。基于PLC技術的自控系統現已廣泛應用于航空供油作業，極大地提高了航油供應的可靠性和效率，這對實現飛行安全，提高民航業自動化水平具有重要意義。