馬駿(中國(guó)航空油料有限責(zé)任公司河北分公司，河北 石家莊 050000)

0 引言

機(jī)場(chǎng)油庫(kù)主要用于航油的接收、儲(chǔ)存、發(fā)油及給飛機(jī)加油作業(yè)。機(jī)場(chǎng)油庫(kù)與其相關(guān)供油設(shè)施是保證機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵配套系統(tǒng)之一[1]，公路運(yùn)油與管線輸油是兩種主要的運(yùn)輸航空燃料的方式。隨著民航航班量的逐年提升，越來(lái)越多的新建民用機(jī)場(chǎng)采取管線收油與發(fā)油的方式為航班安全保供，而自動(dòng)化程度的提高也自然而然成為機(jī)坪管線供油系統(tǒng)中重要的內(nèi)容。

1 自控系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)油庫(kù)中的主要功能

1.1 自動(dòng)保壓供油功能

自動(dòng)控制狀態(tài)下采集機(jī)坪加油總管的壓力、溫度信號(hào)，根據(jù)壓力的設(shè)定值同實(shí)際值的偏差進(jìn)行油泵變頻的恒壓控制，并參考油泵出口流量信號(hào)，啟停發(fā)油泵，以使機(jī)坪供油管線保持在一定壓力范圍內(nèi)，確保機(jī)坪現(xiàn)場(chǎng)供油穩(wěn)定。

1.2 自動(dòng)收發(fā)油換罐功能

根據(jù)設(shè)置的收發(fā)油換罐液位，按照系統(tǒng)收發(fā)油罐列隊(duì)順序，通過(guò)自動(dòng)調(diào)整油罐進(jìn)出口電動(dòng)閥的開(kāi)閉度，完成油庫(kù)收發(fā)油自動(dòng)換罐操作。

1.3 各類聯(lián)鎖報(bào)警功能

通過(guò)設(shè)置油罐高低液位、可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)濃度、收發(fā)油管線壓力過(guò)低、收油流量過(guò)低等各類參數(shù)，在控制室進(jìn)行語(yǔ)音與圖像報(bào)警，并通過(guò)聯(lián)鎖自動(dòng)停泵、關(guān)閉電動(dòng)閥與增加各類動(dòng)作限制條件等設(shè)定，增加整個(gè)油庫(kù)自控系統(tǒng)安全系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)顯示與報(bào)表功能

機(jī)場(chǎng)油庫(kù)自控系統(tǒng)通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)雷達(dá)液位計(jì)、壓力變送器、溫度變送器、流量計(jì)與氣象站等參數(shù)，通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)將參數(shù)在控制室上位機(jī)顯示，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)將對(duì)歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)儲(chǔ)存，生成報(bào)表，以便查閱留檔。

2 機(jī)場(chǎng)油庫(kù)自控系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)

機(jī)場(chǎng)供油自動(dòng)化系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分兩個(gè)方面：硬件部分主要包括各類儀表、PLC、通訊網(wǎng)絡(luò)、上位計(jì)算機(jī)等；軟件部分主要包括PLC下位程序、上位監(jiān)控軟件等。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由以下三個(gè)層次組成：基礎(chǔ)層主要是現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備(雷達(dá)液位計(jì)、流量計(jì)等)；采集處理層主要是PLC可編程控制器(下位機(jī))；表現(xiàn)層主要是監(jiān)控界面(上位機(jī))。

以上三個(gè)層次通過(guò)通訊協(xié)議(例如使用西門(mén)子CP341模塊實(shí)現(xiàn)Modbus RTU通訊)與控制系統(tǒng)I/O模塊及其相應(yīng)線纜連接成為一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。前兩層以硬件為主，包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的儀表、設(shè)備信號(hào)、PLC、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。第三層主要以軟件為主，主要包括系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表設(shè)置

雷達(dá)液位計(jì)：每個(gè)油罐安裝雷達(dá)液位計(jì)并配套罐旁表，用于液位現(xiàn)場(chǎng)顯示與遠(yuǎn)傳；高高/低低液位報(bào)警開(kāi)關(guān)：可安裝浮球液位開(kāi)關(guān)用于高高/低低液位報(bào)警聯(lián)鎖；溫度、壓力與差壓變送器：油罐與收發(fā)油管線安裝溫度與壓力變送器，并通過(guò)4～20 mA 電流信號(hào)輸出至自控系統(tǒng)模擬量輸入模塊；流量計(jì)：在收油與發(fā)油管線安裝流量計(jì)，用于流量監(jiān)控，結(jié)合壓力參數(shù)判斷是否發(fā)生漏油事件；可燃?xì)馓綔y(cè)器：根據(jù)規(guī)范要求在罐區(qū)、油泵房、過(guò)濾期間設(shè)置具有現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警功能的可燃?xì)怏w探測(cè)器，探頭距地 0.3～0.6 m間安裝，濃度及報(bào)警信號(hào)通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式接入可燃?xì)馓綔y(cè)器控制器，控制器與PLC通過(guò)總線方式連接，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控，并通過(guò)上位機(jī)編程軟件(例如WINCC)設(shè)置二級(jí)報(bào)警功能(一級(jí)報(bào)警濃度為25%LEL，二級(jí)報(bào)警濃度為50%LEL)；電動(dòng)閥門(mén)：在油罐進(jìn)出口、油泵進(jìn)出口、收發(fā)油管線與回流管線設(shè)置電動(dòng)閥門(mén)，用于自控系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)條件進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制。

2.2 控制柜的設(shè)計(jì)

控制柜包括DCS控制柜、用于前端保護(hù)的浪涌保護(hù)柜、用于電源系統(tǒng)的ups供電柜與用于油泵控制的設(shè)備控制柜。DCS控制柜：該柜是整個(gè)自控系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)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(hù)柜：柜內(nèi)布置有浪涌保護(hù)模塊、信號(hào)隔離模塊以及接線端子和信號(hào)模塊的供電電源轉(zhuǎn)換器，所有的外接設(shè)備的進(jìn)線均進(jìn)入此柜。ups供電柜：柜內(nèi)包含有ups電源設(shè)備、用于設(shè)備供電的小型斷路器以及與上位機(jī)通訊用的交換機(jī)和光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。設(shè)備控制柜：該柜主要用于油泵電機(jī)的控制，柜內(nèi)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(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要有操作系統(tǒng)軟件、人機(jī)界面編程軟件、可編程序控制器編程軟件。應(yīng)用軟件主要有油庫(kù)監(jiān)控軟件、消防監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。該控制系統(tǒng)主要完成油庫(kù)內(nèi)工藝設(shè)備的控制，主要實(shí)現(xiàn)以下功能。

(1)液位監(jiān)測(cè)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油罐內(nèi)儲(chǔ)油液位，溫度，壓力和高高、低低液位報(bào)警信號(hào)，人工設(shè)定高、低液位報(bào)警參數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)記錄所有參數(shù)并打印及報(bào)表。

(2)工藝監(jiān)控。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄油泵的啟/停等狀態(tài)信號(hào)、泵出口壓力信號(hào)、過(guò)濾器差壓等信號(hào)，庫(kù)區(qū)工藝電動(dòng)閥門(mén)的狀態(tài)顯示：開(kāi)到位、關(guān)到位、閥門(mén)故障和閥門(mén)開(kāi)度。

(3)機(jī)坪管線加油控制。自動(dòng)控制狀態(tài)下采集機(jī)坪加油總管的壓力、溫度信號(hào)，根據(jù)壓力的設(shè)定值同實(shí)際值的偏差進(jìn)行油泵變頻的恒壓控制，并參考油泵出口流量信號(hào)，啟停工頻發(fā)油泵，始終保證加油管線壓力的恒定。

3 油泵的自動(dòng)控制

油泵的自動(dòng)啟停與變頻控制是油庫(kù)供油自控系統(tǒng)的核心功能，以4臺(tái)發(fā)油泵為例，自控系統(tǒng)將1號(hào)泵和3號(hào)泵設(shè)為一組，2號(hào)泵和4號(hào)泵設(shè)為一組，正常情況下，分單雙日運(yùn)行，以00:00為切換時(shí)間點(diǎn)，單日運(yùn)行1號(hào)泵和3號(hào)泵，雙日運(yùn)行2號(hào)泵和4號(hào)泵，該狀態(tài)不可修改，修改的只是切換時(shí)間，根據(jù)系統(tǒng)壓力和流量進(jìn)行油泵控制的規(guī)律設(shè)定如下。

3.1 啟泵控制

圖1所示中，當(dāng)系統(tǒng)壓力(發(fā)油總管壓力變送器反饋的壓力參數(shù))低于設(shè)定的最低啟泵壓力值A(chǔ)時(shí)，1號(hào)/2號(hào)油泵啟動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)流量(發(fā)油總管流量計(jì)反饋的流量參數(shù))超出設(shè)定流量B時(shí)，延遲1 min啟動(dòng)3號(hào)/4號(hào)泵(延遲啟動(dòng)防止頻繁啟停泵機(jī))；若流量超出設(shè)定流量B，同時(shí)系統(tǒng)壓力迅速下降至最低啟泵壓力值A(chǔ)以下時(shí)，迅速啟動(dòng) 3號(hào)/4號(hào)泵；當(dāng)系統(tǒng)流量繼續(xù)增大到設(shè)定流量C時(shí)，按同樣規(guī)律啟動(dòng)當(dāng)日不運(yùn)行的 2號(hào)/1號(hào)備用泵。

3.2 停泵控制

圖2所示中，當(dāng)流量減小到設(shè)定流量C時(shí)，停當(dāng)日2號(hào)/1號(hào)備用泵；當(dāng)流量減小到設(shè)定流量B時(shí)，停3號(hào)/4號(hào)泵；當(dāng)流量繼續(xù)減小至0時(shí)，1號(hào)/2號(hào)油泵繼續(xù)運(yùn)行停機(jī)保壓時(shí)間，并再次判斷系統(tǒng)流量是否為0，如果系統(tǒng)流量為0，壓力在正常范圍(450～700 kPa)，則1號(hào)/2號(hào)油泵停機(jī)。 在另外一種情況下，如果系統(tǒng)流量減小至0，當(dāng)泵的運(yùn)行頻率低于一定值時(shí)，為了防止油泵電機(jī)在超低頻下運(yùn)行，泵機(jī)也會(huì)停止運(yùn)行。

圖1 啟泵自動(dòng)控制流程圖

圖2 停泵自動(dòng)控制流程圖

3.3 故障運(yùn)行

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

4 結(jié)語(yǔ)

該套機(jī)場(chǎng)供油自控系統(tǒng)自投入運(yùn)行至今已已滿7年，總體運(yùn)行平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)坪管網(wǎng)穩(wěn)定保壓功能，具備手動(dòng)/自動(dòng)控制功能，控制方法比較成熟、系統(tǒng)安全可靠[2]?；赑LC技術(shù)的自控系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空供油作業(yè)，極大地提高了航油供應(yīng)的可靠性和效率，這對(duì)實(shí)現(xiàn)飛行安全，提高民航業(yè)自動(dòng)化水平具有重要意義。