隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，石油需求量不斷加大，人口密集城市石油需求更加緊張，對于原油的輸送也就越來越重要，長輸油管道輸送途中設(shè)計了原油加熱站，主要解決原油輸送過程中原油溫度下降所帶來的困難。由于輸油管線長、沿線站點(diǎn)分散，距離相對較遠(yuǎn)、地理位置相對偏僻等特點(diǎn)，采用SCADA（Supervision Control and Data Acquisition System）控制系統(tǒng)對其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控。SCADA系統(tǒng)不是完全的控制系統(tǒng)，而是一種與PLC、RTU或其它硬件模塊進(jìn)行通訊連接實現(xiàn)集中監(jiān)控的工業(yè)自動化監(jiān)控系統(tǒng)。本文以直羅———富縣原油管輸工程中任家臺加熱站為研究，采用施耐德PLC和RTU組成SCADA控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)采用三級控制方式，包括調(diào)度中心控制、站庫控制和現(xiàn)場就地控制，三級控制之間實現(xiàn)無擾切換。

一、工藝流程

任家臺加熱站工藝流程為入口原油來自直羅加熱站來油，經(jīng)收球筒裝置到加熱爐，將原油加熱到設(shè)計溫度后經(jīng)發(fā)球筒外輸至富縣站。其中收發(fā)球筒屬于管道清理裝置，對輸油各個加熱站之間的管道進(jìn)行清理，提高管道輸送能力的裝置。加熱爐是用來為原油進(jìn)行加熱，設(shè)計要求為原油出口溫度為60℃。加熱站主要流程為燃料油燃燒流程，燃料油通過輸油泵將燃料油從燃料油罐中抽出，輸送到電加熱器中進(jìn)行加熱，然后送入加熱爐燃燒為原油加熱，剩余燃料油回流至燃料油罐。

二、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)功能

任家臺加熱站PLC系統(tǒng)采用施耐德昆騰系列PLC，電源、CPU、通訊模塊采用冗余結(jié)構(gòu)，連接遠(yuǎn)程I/O機(jī)架插入雙電源模塊、AI模塊、AO模塊、DI模塊、DO模塊和遠(yuǎn)程通訊模塊。電源模塊采用SIEMENS公司電源，浪涌保護(hù)器采用MTL公司。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

SCADA系統(tǒng)主要功能：（1）監(jiān)控原油出、入站壓力和溫度；（2）監(jiān)控單體泵運(yùn)行狀態(tài)；（3）檢查數(shù)據(jù)報警限，檢測報警狀態(tài)輸入并生成報警表；（4）啟停泵控制以及出站調(diào)節(jié)閥PID控制；（5）緊急切斷和停車；（6）顯示動態(tài)工藝流程圖；（7）顯示實時數(shù)據(jù)趨勢和歷史趨勢；（8）邏輯聯(lián)鎖控制；（9）管線泄漏監(jiān)控；（10）生成生產(chǎn)報表。

三、下位機(jī)程序

加熱站下位機(jī)使用施耐德Unity Pro軟件，程序中包括模擬量量程轉(zhuǎn)換、PID控制模塊、邏輯聯(lián)鎖控制。模擬量轉(zhuǎn)換是通過一個封轉(zhuǎn)的量程轉(zhuǎn)換功能塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，當(dāng)4～20mA模擬量信號進(jìn)入模擬量通道后，首先經(jīng)過模塊采集數(shù)據(jù)的模式將電流信號轉(zhuǎn)換成0～16000的整型數(shù)據(jù)類型，整形數(shù)據(jù)是可以直接被計算機(jī)識別的，但是不能被用戶直接使用，所以需要使用量程轉(zhuǎn)換模塊將0～16000的轉(zhuǎn)換成為各種不同單位的實型數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換模塊原理如圖2。

說明：IN0為模塊當(dāng)前整型量，IN1為模塊整型量最小值，IN2代表模塊整型量最大值，IN3代表轉(zhuǎn)換后量程下限，IN4代表轉(zhuǎn)換后量程上限。

封裝好的功能塊如圖3所示。

PID控制模塊使用軟件內(nèi)部PIDFF模塊，這是一個帶偏差輸入的PID控制模塊，自帶手自動切換功能、復(fù)位初始化功能。其中PARA是一個參數(shù)的數(shù)組，數(shù)組中包括PID參數(shù)Kp、Ti、Td、測量值上下限值，輸出值上下限值，還有一些標(biāo)志變量，用來顯示模塊工作狀態(tài)和模式。加熱站中需要對燃料油罐內(nèi)燃料油液位和燃料油入口壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使用了兩個調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。PID控制模塊如圖4所示。

加熱站中有三個截斷閥，兩個輸油泵，每個截止閥有兩個DI（狀態(tài)）反饋閥門當(dāng)前狀態(tài)，兩個DO（指令）控制閥門開關(guān)。輸油泵只有一個DI（狀態(tài)）反饋泵運(yùn)行狀態(tài)，一個DO（指令）聯(lián)鎖停泵指令，PLC程序如圖5所示。

四、上位機(jī)組態(tài)

上位機(jī)使用SCADA組態(tài)軟件Vijeo Citect，通過計算機(jī)設(shè)置向?qū)гO(shè)置計算機(jī)與PLC通訊地址和方式，并且設(shè)置好對應(yīng)PLC型號和顯示方式。組態(tài)軟件是用來設(shè)計制作人機(jī)交互畫面，使用戶可以遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作現(xiàn)場設(shè)備和各個工藝參數(shù)。上位機(jī)制作的監(jiān)控系統(tǒng)包括工藝流程圖、報警頁、趨勢頁、報表頁和其他彈出式小窗口。

其中閥門操作畫面如圖6所示。

PID控制界面如圖7所示。

將PLC和計算機(jī)IP地址設(shè)置完成后，計算機(jī)就可以與下位PLC通訊并可以傳輸數(shù)據(jù)。

五、結(jié)束語

加熱站是原油長距離傳輸途中不可缺少的一部分，在這個項目中對加熱站流程進(jìn)行組態(tài)，實現(xiàn)了聯(lián)鎖保護(hù)、溫度和壓力PID控制、各個工藝參數(shù)的實時監(jiān)控。