觸摸屏、PLC與變頻器在海上油田配電場(chǎng)所正壓保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 棟

（中海石油（中國(guó)）有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300450）

本文介紹了某浮式儲(chǔ)油設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)防爆區(qū)域內(nèi)的配電間正壓供風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由觸摸屏、ABPLC、變頻器、風(fēng)機(jī)、微壓變送器組成，通過(guò)這幾個(gè)關(guān)鍵器件的連接形成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)室內(nèi)正壓值發(fā)生變化時(shí)，PLC 根據(jù)微壓變送器采集的實(shí)際壓力值與觸摸屏設(shè)定點(diǎn)的差值，通過(guò)PID 來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速來(lái)維持室內(nèi)正壓值穩(wěn)定在設(shè)定值。同時(shí)還可以通過(guò)觸摸屏進(jìn)行正壓系統(tǒng)運(yùn)行的手自動(dòng)切換，以及配電間低壓報(bào)警報(bào)警功能。通過(guò)研究該設(shè)施防爆區(qū)域內(nèi)配電系統(tǒng)的正壓防爆功能，為以后提高油田配電系統(tǒng)的防爆性能提升奠定技術(shù)基礎(chǔ)，提供技術(shù)儲(chǔ)備。

1 正壓通風(fēng)系統(tǒng)概述

1.1 正壓通風(fēng)系統(tǒng)的硬件組成

正壓通風(fēng)系統(tǒng)由PANEL VIEW 550觸摸屏，AB SLC5 PLC、微壓變送器、AB PF40變頻器、正壓風(fēng)機(jī)組成，通過(guò)PLC 接收微壓變送器的反饋信號(hào)來(lái)控制變頻器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)配電間內(nèi)的正壓穩(wěn)定。

1.2 正壓通風(fēng)系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)采用閉環(huán)控制原理，通過(guò)觸摸屏設(shè)定室內(nèi)正壓設(shè)定值，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)微壓變動(dòng)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電間內(nèi)正壓值，并將壓力值轉(zhuǎn)換為4～20 mA 的電流信號(hào)反饋到PLC 中，PLC 將壓力的實(shí)際值與設(shè)定值差值進(jìn)行PID 運(yùn)算之后，輸出到變頻器的頻率控制端口，來(lái)提高或降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，直至室內(nèi)正壓值與設(shè)定值相等?？刂瓶驁D如圖1所示。

圖1 正壓通風(fēng)系統(tǒng)控制框圖

2 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 觸摸屏畫(huà)面的組態(tài)

該系統(tǒng)使用的觸摸屏為AB PANEL VIEW550，該觸摸屏通過(guò)RS232與AB PLC 進(jìn)行通信，用戶可在觸摸屏上進(jìn)行正壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式的手自動(dòng)切換及室內(nèi)正壓值的在線設(shè)定。使用PANEL BUILDER 32軟件對(duì)觸摸屏進(jìn)行組態(tài)，組態(tài)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 觸摸屏組態(tài)參數(shù)

系統(tǒng)正壓反饋值組態(tài)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)正壓反饋值

2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC 通過(guò)通信由觸摸屏得到正壓系統(tǒng)的設(shè)定點(diǎn)與系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式命令，同時(shí)通過(guò)模擬量輸入模塊由微壓變送器得到配電間內(nèi)的實(shí)時(shí)正壓值，PLC 將實(shí)時(shí)正壓值傳送到觸摸屏用來(lái)實(shí)時(shí)顯示，并將設(shè)定值與實(shí)際值進(jìn)行運(yùn)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果來(lái)改變接入到變頻器的模擬量值的大小，從而控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

2.2.1 室內(nèi)實(shí)時(shí)正壓的監(jiān)測(cè)

如圖3所示，微壓變送器將配電間內(nèi)與配電間外的壓差轉(zhuǎn)換為4～20 mA 的信號(hào)接入到PLC 的模擬量輸入通道中。在PLC 程序中對(duì)得到的模擬量進(jìn)行量程變換之后，如圖4所示，用來(lái)在觸摸屏中顯示實(shí)際壓力值。

圖3 微壓變送器接線圖

圖4 PLC程序中對(duì)模擬量進(jìn)行量程變換

2.2.2 PLC模擬量輸出設(shè)定

如圖5 所示，在系統(tǒng)自動(dòng)模式下，當(dāng)正壓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，PLC 會(huì)在發(fā)出風(fēng)機(jī)啟動(dòng)命令同時(shí)調(diào)用PLC程序內(nèi)PID 調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行運(yùn)算，并將結(jié)果最終放到N100：0中。當(dāng)風(fēng)機(jī)故障或風(fēng)機(jī)停機(jī)備用時(shí)，PLC 程序?qū)?值寫(xiě)入到N100:0中。

圖5 PID調(diào)節(jié)程序

手動(dòng)模式下，通過(guò)觸摸屏設(shè)定PLC 模擬量輸出及風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)命令。具體程序如圖6所示。

圖6 手動(dòng)模式下設(shè)定PLC模擬量輸出

2.2.3 系統(tǒng)手自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式切換

正壓系統(tǒng)手自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式切換由觸摸屏完成。如圖7所示，通過(guò)改變N7：80內(nèi)的值來(lái)切換系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的模式。值為2時(shí)代表自動(dòng)模式，值為3時(shí)代表手動(dòng)模式。

圖7 手動(dòng)、自動(dòng)模式切換程序段

2.3 PF40變頻器參數(shù)的設(shè)定

PF40變頻器參數(shù)如圖8所示，設(shè)定電機(jī)的相應(yīng)的參數(shù)，命令源選擇為二線制，速度源選擇為4～20 mA信號(hào)，加減速時(shí)間設(shè)定為10 s。最小頻率設(shè)定為26 Hz，最大頻率為50 Hz。

圖8 變頻器參數(shù)設(shè)定

3 實(shí)際運(yùn)行效果

如圖9所示，當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，通過(guò)觸摸屏設(shè)定室內(nèi)正壓為50 Pa，微壓變送器將實(shí)際的壓力值傳送到PLC 中。經(jīng)過(guò)PID 調(diào)節(jié)之后，輸出4～20 mA 到VFD 的模擬量輸入端子。PLC 模擬量輸出電流的大小來(lái)決定風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢，保持室內(nèi)正壓維持在設(shè)定點(diǎn)。若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，室內(nèi)正壓值在變頻器運(yùn)行在50 Hz 時(shí)仍未能到達(dá)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，會(huì)遠(yuǎn)程觸發(fā)系統(tǒng)低壓報(bào)警，提醒人員注意，變頻器頻率曲線如圖10所示。

圖9 操作人員進(jìn)入配電間正壓系統(tǒng)風(fēng)機(jī)頻率變化曲線

圖10 未建立正壓時(shí)，變頻器頻率曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐，觸摸屏配合PLC 與變頻器構(gòu)成的正壓供風(fēng)系統(tǒng)有著響應(yīng)速率快、精度高、可靠性高并且穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，同時(shí)還可以實(shí)時(shí)地監(jiān)控系統(tǒng)壓力，系統(tǒng)故障時(shí)可遠(yuǎn)程報(bào)警。該系統(tǒng)的應(yīng)用極大提高了油田現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的安全性，也為之后油田的新設(shè)施投產(chǎn)或現(xiàn)場(chǎng)配電系統(tǒng)防爆性能提升提供了技術(shù)基礎(chǔ)。