利用PLCIPC实现原油自动计量

【摘　要】　介绍了利用plc + ipc 实现原油自动计量的工作原理和过程,阐述了系统实现的硬件组成、软件流程,最后着重介绍了plc + ipc 在计量中应用的技术特点及其应用效果。此项目已在鲁宁长输管线的数处计量站应用成功,在测量精度、系统稳定性、工作效率、可靠性及可操作性等方面,取得了良好的标定效果。
关键词: ipc , plc , 原油计量

【abstract】　in this paper , the operation principle and process of automatic measuring for base oil by
using plc & ipc are int roduced. the hardware constitution and software flow chart of the system are
presented , and the technique characteristic and the application effect of the plc & ipc in this system are
int roduced emphatically at last .
keywords :plc , ipc , measuring for base oil

1 　引　言
　　在石油行业的原油管道输送过程中,各企业之间需要进行原油交接,因此流量计使用比较广泛。而计量精度则是一个关键参数,它关系到企业的经济效益和信誉。近年来,随着工业控制技术的飞速发展,可编程控制器(plc) 广泛进入工业控制领域,并增加了一些专用控制功能,例如pid 调节功能、伺服功能、高速计数(hsc) 功能等,又具有较高的可靠性,使得利用plc实现原油自动计量就成为可能。为此,我们利用工业计算机( ipc) 和plc 构成新型的集散式原油自动计量系统。此系统可通过以太网将数据远传至控制中心。
　　此项目已在鲁宁长输管线的数处计量站应用成功,在测量精度、系统稳定性、工作效率、可靠性及可操作性等方面,取得了良好的标定效果。

2 　系统工作原理与硬件配置
2. 1 　控制系统工作原理
　　系统结构如图1 所示。运用管道输油时,通过现场控制室plc 打开/ 关闭相应的电动阀,进行流程切换,使相应的流量计投入运行。由流量计发信器将脉冲传递到plc ,plc 利用高速计数模块采集流量计发出的脉冲数,并将其转换为标准状态下的容积值。同时,plc 将实时采集流体的压力和温度(分别由压力变送器和温度变送器提供) ,所有数据通过以太网送入上位ipc , ipc 结合流体实时压力、温度值调用原油计量表数据库,将测得的累积量值转换为标准状态下(20℃,101 325 pa) 的累积量值,并将数据存储在ipc 的硬盘上。而且, ipc 可以驱动打印机打印出计量报告。

2. 2 　控制系统的软、硬件配置
　　控制系统主要由一次设备、二次设备以及控制体和软件构成。一次设备主要包括压力表、温度计、流量计等;二次设备主要包括温度变送器、压力变送器、脉冲发信器、电动阀等;控制体主要包括plc、ipc(配置网卡) 、打印机、集线器及应用软件等,参见图1 。

2. 2. 1 　硬件部分
　　(1) ipc:为保证系统的高度可靠性,选用了目前国内应用较多的dell gx260 型计算机。具体配置为:p ⅲ1. 7 ghz cpu、256 mb 内存、40 gb 硬盘、son y21 英寸纯平显示器、64 mb 显卡、声卡及音箱(报警和提示用) 等。
　　(2) plc:选用美国rockwell 公司的a2b plc 作为系统的控制核心,其特点是可靠性高、功能强、可扩展性好。具体配置如下:cpu 为17472l551b (内置以太网通信口) ;模拟量输入(ai) 模块选用17462ni4 ,它具有4 个高电平模拟输入端,可输入4 ma～20 ma 等标准信号,12 位a/ d 转换精度,具有输入超调监控功能和测量滤波抗干扰功能; 模拟量输出(ao) 模块选用17462no4 i ,它有4 个模拟输出端,无需外部电源,可输出各种标准信号,包括0 ma～20 ma、4 ma～20ma、±10 v 等信号;开关量输入(di) 模块选用17462i×16 ,它具有单端隔离的16 路24 v dc 输入,所有的输入均配有滤波器,能够保证最大0. 1 ms 的抗扰性,滤除线电源干扰;开关量输出(do) 模块选用17462o×16 ,它具有8 路继电器输出,内部提供过载和短路保护,并具有通道故障自诊断功能;hsc 模块选用17462hsce ,可计数最大频率为40 khz 的脉冲,实现向上计数、向下计数或向上/ 向下计数。
　　(3) 网络功能:根据设计中现场数据远程实时监视的要求,在每台ipc 中各配置了1 块网卡, plc 与ipc 之间、ipc 与ipc 之间采用抗干扰能力较强的五类屏蔽双绞线建立以太网。考虑到现场计量间距离调度室较远,在线路中间加入了3com 公司的8 通道高速集线器,以保证数据可靠传输。
　　(4) 流量仪表:采用日本oval 公司的uf2 ⅱ型转子流量计,它具有精度高、流量范围宽、重复性好等优点。流量计现场部分配有不归零计数器和调整器,流量转换和变送部分为oval 公司的pg30ep 型脉冲发信器。
　　(5) 温度压力仪表:温度变送器及压力变送器均能够提供4 ma～20 ma 的标准信号。
　　(6) 电动阀:可通过直流24 v 的开关量输出,控制电动阀的全开或全关,同时,电动阀提供无源的位置信号输出和状态信号输出。

2. 2. 2 　软件部分
　　系统的软件主要包括平台软件、plc 编程软件和ipc 组态软件。
　　(1) 系统平台软件:采用windows 2000 作为系统平台,设置了系统密码和操作员指令,屏蔽了软件的某些功能,以限制系统的操作,防止非法用户进入系统。
　　(2) plc 编程软件:采用a2b 公司的rslogix 500 ,它是一个基于windows 环境的编程软件套件,专供a2b 500 系列plc 使用,支持梯形图(ld) 、指令语句表( il) 、顺序功能图(sfc) 等多种语言模式,具有在线编程、诊断和在线仿真调试等功能,可支持以太网以及df1 full duplex、dh485 、df1 half duplex marster/slave 等通信协议或通信总线。
　　(3) ipc 组态软件:选用澳大利亚西亚特公司著名的工控软件citect 5. 0 ,该软件可运行于windowsnt/ 2000 平台,具有采样速度快、实时性强、可靠性高等特点,组态方便,报警方式多样,实时、历史趋势曲线制作简单,能够与其它应用软件例如vb、vc、vf 、excel 等实现无缝链接,灵活、方便地实现数据调用和报表打印。

3 　控制系统的数据流向及软件流程
3. 1 　数据流向
　　(1) plc 通过模拟量输入模块读取现场温度和压力数据(标准4 ma～20 ma 信号) ,按仪表量程的不同,经程序运算转换为标准的工程量单位;通过高速计数模块读取流量计的脉冲信号,由主程序调用计量子程序,按照脉冲流量比计算出流量的瞬时值和累积值;通过控制开关量输入/ 输出模块电动阀的开关,来自动切换流程。
　　(2) ipc 利用通信模块从plc 中读取数据,将其记录到本机的历史数据库中,应用程序读取并显示现场数据及流量的瞬时值和累积值;同时, plc 也通过通信模块读取和执行ipc 的操作指令。
　　(3) plc 将采集和计算得到的被检流量计各项参数传输到ipc , ipc 结合流体实时压力、温度值,调用原油计量表数据库,将测得的累积量值转换为标准状态下的累积量值,由ipc 调用excel 报表系统进行记录,驱动打印机自动打印出计量报表。www.plcs.cn

3. 2 　软件流程
　　软件流程如图2 所示。

　　根据以上推导结果画出逻辑图如图4 所示。

　　综上所述,在实现优先编码器的功能扩展时(以t4148 为例) ,设计方法可归纳为:最高位片的使能输入端作为总的使能输入端,最低位片的使能输出端作为总的使能输出端,相邻两片之间,高位片的使能输出端接入低位片的使能输入端,总的扩展端y ex为各片的扩展端逻辑“与”,总的代码输出中,低3 位( z2 , z1 ,z0 ) 为各片输出y2 、y1 、y 0逻辑“与”,高位输出端必须利用扩展端y ex来实现。当用4 片t4148 组成32线- 5 线优先编码器时,可按表4 所示,列出扩展端与高位代码输出的真值表。

4 　结束语
　　虽然本文讨论的是优先编码器的扩展设计方法,但是对于其它逻辑功能部件的扩展,也可依照同样的思路进行。