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        信號(hào)隔離器在油田數(shù)字化PLC 控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

        2020-11-19 11:50:38楊林長慶油田分公司第一采油廠陜西延安716000
        化工管理 2020年31期
        關(guān)鍵詞:隔離器模擬量端子

        楊林(長慶油田分公司第一采油廠,陜西 延安 716000)

        0 引言

        長慶油田站場PLC 控制系統(tǒng),主要實(shí)現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集、回路控制、故障連鎖和累計(jì)計(jì)算等功能,主要包括:模擬量采集,比如緩沖罐液位、外輸溫度、外輸液量、外輸壓力、收球筒溫度、收球筒壓力、三相分離器壓力等;RS485 信號(hào)采集,比如來油流量、外輸流量等;并實(shí)現(xiàn)根據(jù)緩沖罐液位來調(diào)節(jié)輸油泵的啟停、轉(zhuǎn)速和對(duì)外輸泵PID 參數(shù)的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。站場PLC控制系統(tǒng)內(nèi)由DC24V 開關(guān)電源為溫度、壓力、液位等4-20MA模擬量傳感器提供工作電源,且多數(shù)并未進(jìn)行隔離。而這樣的接線方式可能會(huì)造成同一模擬量采集模塊因?yàn)槟骋宦纺M量傳感器DC24V 供電電源回路信號(hào)傳輸電纜或現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部短路,而引起模擬量輸入信號(hào)電源共正或共負(fù),進(jìn)而導(dǎo)致同一模擬量采集模塊所有輸入信號(hào)數(shù)據(jù)采集異常[1],嚴(yán)重的甚至可能燒毀采集模塊或造成供電電源損壞,從而影響整個(gè)PLC 控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,特別是對(duì)于那些用于過程控制中需實(shí)施超限報(bào)警和連鎖啟停外輸泵的模擬量傳感器,比如緩沖罐液位。這樣來說,使用信號(hào)隔離器保證各個(gè)AI 采集模塊每一路模擬量信號(hào)供電電源安全、穩(wěn)定、獨(dú)立,是非常有利于輸油場站的安全穩(wěn)定運(yùn)行的。在PLC 控制系統(tǒng)中,對(duì)于模擬量傳感器的測(cè)量精度和抗干擾能力也日益受到使用單位和設(shè)備維護(hù)單位的高度重視。

        1 數(shù)字化PLC控制系統(tǒng)干擾分類及來源

        PLC 控制系統(tǒng)在日常工作的時(shí)候會(huì)受到很多因素的影響。干擾源也具有各種類型。例如,干擾模式的不同,又可以分成共模干擾以及拆模干擾,拆模干擾,具體來說是指電磁場在信號(hào)之間進(jìn)行耦合感應(yīng),或者是電路轉(zhuǎn)換的過程中不平和共模干擾,導(dǎo)致了電壓的形成,信號(hào)有所疊加,使得控制系統(tǒng)清澈度降低。共模干擾的產(chǎn)生具體是空間電磁輻射電網(wǎng)串入以及信號(hào)線之上的動(dòng)態(tài)電壓不斷累積而成。共模電壓的電壓值特別高,如果電路經(jīng)過的過程中有不對(duì)稱的情況,就會(huì)轉(zhuǎn)變成差模電壓,最終對(duì)信號(hào)的質(zhì)量帶來影響,甚至?xí)瓜嚓P(guān)的元件受到破壞。而干擾來源包含多個(gè)方面,通過分析,主要包含以下幾個(gè)方面:(1)空間輻射干擾:由無線電波、雷電、電力網(wǎng)絡(luò)等所產(chǎn)生,這種干擾情況相對(duì)比較復(fù)雜,具體從兩個(gè)層面來對(duì)系統(tǒng)造成干擾:其一,電路感應(yīng)所帶來的輻射引起的干擾;其二通信線路感應(yīng)所帶來的輻射而造成的干擾;(2)系統(tǒng)外線干擾:主要通過電源以及信號(hào)線引入這種干擾,屬于傳導(dǎo)干擾。一種情況下,PLC 電能具體通過建立電網(wǎng)進(jìn)行提供,電網(wǎng)在電磁的影響下有感應(yīng)電壓的產(chǎn)生。

        2 4-20MA模擬量傳感器種類及常規(guī)接線方式

        在長慶油田數(shù)字化PLC 控制系統(tǒng)中用于場站自動(dòng)控制及監(jiān)測(cè)的模擬量傳感器一般有緩沖罐液位、應(yīng)急罐液位、外輸溫度、外輸壓力、收球筒溫度、收球筒壓力、三相分離器壓力、泵體溫度等傳感器[2]。其中相關(guān)液位、壓力、溫度傳感器信號(hào)直接關(guān)系到輸油泵啟動(dòng)或停止操作,或關(guān)系到相關(guān)電動(dòng)閥開、關(guān)動(dòng)作。長慶油田站場PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)4-20MA 模擬量傳感器常規(guī)接線方式如圖1 所示。

        圖1 線制模擬量傳感器常規(guī)接線圖

        (1) 4-20MA 模擬量傳感器均為2 線制接線方式,需外部提供工作電源;

        (2)為保證電源的安全性現(xiàn)場一般采用 DC24V,且一個(gè)PLC 控制機(jī)柜一般只安裝一個(gè)DC24V 開關(guān)電源,然后通過在各電源輸出回路設(shè)置熔斷器,使其主控制系統(tǒng)與子控制系統(tǒng)共用一個(gè)DC24V 電源模塊;

        (3)在場站PLC 控制系統(tǒng)中,對(duì)于4-20MA 模擬量傳感器:在PLC 控制系統(tǒng)直接用二芯屏蔽電纜從DC24V 輸出“+”端子排上引出1芯,接到模擬量傳感器“+”端;從模擬量輸入回路“+”端端子排上引出1芯接到各現(xiàn)地安裝的傳感器電源回路上,完成傳感器工作電源供電和模擬量信號(hào)輸入;該通道模擬量輸入回路“-”端直接與電源模塊輸出回路DC24V-端子連接,如來油壓力、輸油泵體溫度、緩沖罐液位傳感器等。

        以上接線由于沒有采取有效的措施隔離模擬量傳感器DC24V 供電電源和模擬量信號(hào)輸入,便有可能造成以下危害:

        同一模擬量采集模塊因?yàn)槟骋宦纺M量傳感器DC24V 供電電源回路信號(hào)傳輸電纜或現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部短路,而引起模擬量輸入信號(hào)電源共正或共負(fù),進(jìn)而導(dǎo)致同一模擬量采集模塊所有輸入信號(hào)數(shù)據(jù)采集異常,嚴(yán)重的甚至可能燒毀采集模塊或造成供電電源損壞,從而影響整個(gè)PLC 控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,造成PLC 控制系統(tǒng)死機(jī)。

        由于無有效隔離,且工作電源和信號(hào)傳輸采用同一根信號(hào)電纜,會(huì)造成模擬量傳感器的測(cè)量精度和抗工頻電磁干擾能力大大降低。

        3 信號(hào)隔離器在4-20MA模擬量傳感器接線中的應(yīng)用

        信號(hào)隔離器具有隔離、配電、變送功能,輸入電流經(jīng)過變換,輸出隔離的電流信號(hào),實(shí)現(xiàn)了輸入、輸出、電源之間的三端隔離,可以給現(xiàn)場的變送器提供隔離的工作電源。有效保證了模擬量傳感器的測(cè)量精度和PLC 控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,解決了油田場站特殊環(huán)境下PLC 控制系統(tǒng)模擬量傳感器工作電源和信號(hào)輸入隔離,抗工頻電磁干擾和雷擊過電壓的危害。

        信號(hào)隔離器為端子排型,輸入、輸出與電源端子在不同側(cè),可以有效防止短路。在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中,接線方式如圖2 所示。

        圖2 現(xiàn)場用信號(hào)隔離器接線圖

        (1)信號(hào)隔離器的輸入電源為DC24V,接PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)DC24V 專用端子;

        (2)信號(hào)隔離器的輸入信號(hào)端子接2 線制4-20MA 模擬量傳感器;

        (3)信號(hào)隔離器的輸出信號(hào)端子接PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)4-20MA模擬量模塊輸入端子。

        通過控制系統(tǒng)內(nèi)安裝信號(hào)隔離器,便可以實(shí)現(xiàn)4-20MA 模擬量傳感器工作電源和模擬量信號(hào)輸入的有效的隔離。

        信號(hào)隔離器完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)增壓站現(xiàn)場無源模擬量的隔離, 由于信號(hào)隔離器的高強(qiáng)度隔離、配電、轉(zhuǎn)換和分配功能,有效地保證了PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)DC24V 電源模塊和AI 采集模塊的運(yùn)行安全,避免了可能會(huì)造成的模塊擊穿或燒毀概率,其測(cè)量精度得到提高,抗工頻電磁干擾和雷擊過電壓的危害降到最低。

        在實(shí)際應(yīng)用中,有時(shí)候模擬量輸出信號(hào)需要擴(kuò)展為兩路,同時(shí)傳輸給兩套不同PLC 控制系統(tǒng),如井場油水井特種作業(yè)現(xiàn)場個(gè)別關(guān)鍵數(shù)據(jù)即要供作業(yè)區(qū)SCADA 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控,又要供現(xiàn)場作業(yè)機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用,這時(shí)便可以采用信號(hào)隔離器進(jìn)行擴(kuò)展,即1 路4-20MA 模擬量信號(hào)輸入,經(jīng)隔離器輸出2 路4-20MA 模擬量信號(hào)(圖3),它有效地實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)控制、監(jiān)測(cè)不同獨(dú)立系統(tǒng)的需求,減少了投資、簡化了二次接線、解決了電站現(xiàn)場傳感器安裝帶來的問題。

        圖3 現(xiàn)場用信號(hào)隔離器實(shí)物圖

        5 結(jié)語

        在原有模擬量傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)中加入信號(hào)隔離器的接線方式,在數(shù)字化服務(wù)大隊(duì)管轄區(qū)域部分撬裝PLC 系統(tǒng)中已采用,尤其是針對(duì)緩沖罐液位采集,取得了良好效果。目前在新投產(chǎn)的安控PLC 系統(tǒng)中也已批量投入使用,后期我們也將建議并拿出可行性方案對(duì)所有增壓站PLC 系統(tǒng)加裝信號(hào)隔離器。

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