［摘 要］通過對PLC 編程控制系統(tǒng)的優(yōu)越性和石油化工企業(yè)油罐廠區(qū)管理的重要性進(jìn)行分析，設(shè)計了基于電氣自動化技術(shù)的PLC 編程控制系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)主要由PLC 設(shè)備、傳感器、PID 控制器以及其他的轉(zhuǎn)換和傳輸設(shè)備組成，軟件設(shè)計主要依托RSLogic5000 編程軟件，分析自動化控制流程，最后借助CAK6163型號的電動通用式車床模擬系統(tǒng)工作環(huán)境，分析系統(tǒng)工作延時和工作效率，結(jié)果表明與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，文章研究的控制系統(tǒng)自動化程度更好，反應(yīng)時間和處理效率也更強(qiáng)。

［關(guān)鍵詞］電氣自動化；PLC 編程；控制系統(tǒng)；石油化工

［中圖分類號］TP273 ；TM1 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0018–03

1 PLD編程控制系統(tǒng)的工作原理與整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了滿足對整個石油化工油庫廠區(qū)設(shè)備和油罐的管理，所設(shè)計的PLC編程控制系統(tǒng)必須具備數(shù)據(jù)采集、自動調(diào)節(jié)、自動控制等多項功能，包括PLC 控制設(shè)備、傳感器、控制器等硬件設(shè)備，同時在系統(tǒng)中配備人機(jī)交互觸摸屏，并設(shè)置相應(yīng)的配置參數(shù)，系統(tǒng)通過對傳感器上傳的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析并控制油罐區(qū)閥門等設(shè)備的工作，自動化調(diào)整各個設(shè)備功能模塊，達(dá)到人機(jī)交互目的。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 PLC設(shè)備設(shè)計

PLC 設(shè)備主要采用XDM-60T10-C 運動控制型設(shè)備，包含輸入輸出接口、存儲中心、中央處理單元以及電源等，具有占用空間面積小、實用性強(qiáng)、操作簡單便捷等優(yōu)點，可滿足不同場景下的控制管理需要，尤其在自動化控制管理中，可根據(jù)需要調(diào)整設(shè)備規(guī)格，具有兼容性強(qiáng)、接口多、連接快速、數(shù)據(jù)處理效率高等優(yōu)勢[1]。

2.2 傳感器設(shè)計

采用光電傳感器，進(jìn)一步提高對管理區(qū)域各類電氣設(shè)備、油罐、閥門設(shè)備運行監(jiān)測的科學(xué)性。為了滿足不同規(guī)格設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，將光電傳感器的GaAs紅外發(fā)電二極管的波長設(shè)置為940 mm，輸入電壓調(diào)整為24 V，額定電流調(diào)整為35 mA。

2.3 PID控制器選擇

選擇的PID 控制器型號為OM49-680，控制技術(shù)為模糊控制，能在1/8 和1/4 兩種控制面板尺寸下工作和實現(xiàn)，具有穩(wěn)定性強(qiáng)、控制效率高等優(yōu)勢，能有效控制各類設(shè)備，滿足系統(tǒng)管理和使用要求[2]。同時， 系統(tǒng)控制芯片主要采用OM49-680 控制器，采用自適應(yīng)調(diào)整法有效提高整個系統(tǒng)的控制性能。系統(tǒng)還支持設(shè)置8 個輸出事件，有效將多個控制模塊聯(lián)系在一起， 實現(xiàn)對控制范圍內(nèi)設(shè)備的實時管理。

2.4 其他硬件布局

考慮到石油化工企業(yè)儲油罐自動化監(jiān)控和管理需要，本次設(shè)計為每個儲油罐配備了各類傳感和流量計量設(shè)備，包括模擬量輸入通道3 個、模擬量輸出通道1 個、電機(jī)1 個、電動閥2 個、流量計2 個、壓力表1 個、指示燈10 個、手動按鈕2 個。數(shù)字量輸入模塊選型為1769-IA16，數(shù)字量輸出模塊選型為1769-IO16，不同油罐分配的I/O 地址不同，整個控制系統(tǒng)通過上位機(jī)的給定值和給定反饋結(jié)果開關(guān)、調(diào)節(jié)電動閥。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 自動化控制檢測對象

區(qū)域內(nèi)每一個油罐都布置油罐液位和溫度檢測傳感器，文章主要采用的溫度傳感器為熱電偶溫度感應(yīng)器，油罐內(nèi)溫度需要低于45℃，當(dāng)PLC 編程控制系統(tǒng)檢測到油罐內(nèi)溫度超過預(yù)計溫度時，將通過自動噴淋裝置、電機(jī)和水池等進(jìn)行降溫，并采用平均值濾波方式進(jìn)行抗干擾處理，提高決策正確性。PLC 編程控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示[3]。整個系統(tǒng)的控制管理流程為：首先檢測油罐內(nèi)液位傳感器，隨后實時采集油罐中的信息，并將信息轉(zhuǎn)化為電流信號，最后輸入至A/D 信號轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)化為上位機(jī)可接收的數(shù)字信號。

3.2 程序設(shè)計

程序編程軟件采用RSLogic5000，能支持包含功能塊、梯形圖、順序功能圖標(biāo)、結(jié)構(gòu)化文本等功能化圖標(biāo)，指令豐富，界面清晰。以液位流程的梯形圖語言編程為例，工作流程如圖2 所示。

PLC 編程控制系統(tǒng)的控制方式分為手動和自動兩種形式，當(dāng)TlVZKW/ktH/PmQaqHkFGXw==處于自動模式時，所有設(shè)備都收到控制系統(tǒng)的指令，根據(jù)程序指令進(jìn)行閥門監(jiān)控、判斷、調(diào)節(jié)等工作，當(dāng)遇到較為復(fù)雜的問題或控制處理無法使用自動化處理的工作時，可在人機(jī)交互界面選擇手動控制管理模式，以滿足油罐儲存區(qū)域管理需要[4]。

4 模塊分析

4.1 控制油罐區(qū)域整體工作情況

為了提高對油罐區(qū)域的整體掌控力度，必須了解各個設(shè)備和裝置的運行狀況是否準(zhǔn)確詳細(xì)體現(xiàn)在展示界面。利用PLC 進(jìn)行實時數(shù)據(jù)的傳輸，并對采集的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬、分析和評價，有利于提高對整個區(qū)域管理的精確度。利用布置在各個油罐的溫度傳感器、環(huán)境傳感器、壓力傳感器、空氣流動傳感器等傳輸?shù)膮?shù)模擬并分析實際運行狀況，進(jìn)一步提高控制準(zhǔn)確性。隨后利用數(shù)字量模擬轉(zhuǎn)化技術(shù)，將采集的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化，提高內(nèi)部控制信息的響應(yīng)和交流效率。最后，還應(yīng)該保證多個控制單元比例的一致性，借助數(shù)據(jù)提供新線路將PLC 編程控制系統(tǒng)上位機(jī)的通信任務(wù)進(jìn)行分散處理，避免局部故障引起整個模擬結(jié)果異常，具體分類流程如圖3 所示。

4.2 自動化故障診斷模塊

將油罐區(qū)域故障問題進(jìn)行分層分類，隨后將PLC編程控制系統(tǒng)設(shè)計為多個層次控制模塊，提高故障識別和自動化處理故障的水平，當(dāng)系統(tǒng)識別并定位到系統(tǒng)故障后，系統(tǒng)可根據(jù)故障信息獲取更多的故障數(shù)據(jù)，為油罐設(shè)備故障診斷和異常問題處理提供有效參考。此外，為了提高故障處理和分析的自動化水平，還需要在PLC 編程控制系統(tǒng)內(nèi)部編寫故障診斷程序，使用故障診斷程序通信和處理問題。

4.3 遠(yuǎn)程控制模塊

結(jié)合以太網(wǎng)、計算機(jī)通信技術(shù)等可讀取PLC 編程控制系統(tǒng)的變量，實現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)督管理與控制。文章設(shè)置的遠(yuǎn)程監(jiān)督界面包括整個罐區(qū)的整體情況、單個儲油罐的狀況、報警統(tǒng)計圖、實時油液油壓趨勢、實時油罐溫度查詢以及歷史數(shù)據(jù)（包括歷史油液油壓趨勢和歷史溫度查詢數(shù)據(jù)等），利用遠(yuǎn)程計算機(jī)技術(shù)，還能單擊有關(guān)區(qū)域的運行區(qū)域，進(jìn)入該區(qū)域的狀況檢測圖內(nèi)，詳細(xì)查看和管理油罐的管理過程和控制工藝。

4.4 系統(tǒng)報警和安全管理模塊

為了提高安全管理效率，分別在儲油罐區(qū)域的現(xiàn)場和中控制安裝報警響鈴和報警系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)危險后報警系統(tǒng)及時將信息傳達(dá)至各負(fù)責(zé)工作人員，并制訂相應(yīng)的搶救措施。文章研究的系統(tǒng)報警依據(jù)主要為有關(guān)內(nèi)油污濃度、壓力、溫度、液位等信息，分為高液位報警、低液位報警、高溫報警和低溫報警等多個模塊，通過及時報警通知相關(guān)處理人員，可降低危險事故帶來的損失。此外，為了進(jìn)一步提高軟件系統(tǒng)的安全性，可在軟件系統(tǒng)新增設(shè)備權(quán)限管理，包括用戶的注冊和修改、權(quán)限的刪除和操作等，采用相應(yīng)的組態(tài)軟件進(jìn)行分級管理和處理，實現(xiàn)操作功能的分級處理和記錄，提高設(shè)備操作信息的查詢和處理效率。

5 應(yīng)用測試

文章主要利用CAK6163 型號的電動通用式車床作為測試試驗設(shè)備，主要檢測PLC 編程控制系統(tǒng)的延遲數(shù)據(jù)控制精確性以及文件傳輸和開啟效率。模擬并測試PLC 編程控制系統(tǒng)在機(jī)床中的運行情況，經(jīng)過15 次測試后，分別對機(jī)床的啟停信息、文件傳輸延時信息等進(jìn)行測量，測量的結(jié)果見表1。

從表1 內(nèi)容分析可得，整個系統(tǒng)的啟動延時時間為20.00 ms，暫停延時時間為13.00 ms，文件傳輸延時時間為30.00 ms，證明文章研究的基于電氣自動化的PLC 編程控制系統(tǒng)能及時反應(yīng)并處理油罐管理中出現(xiàn)的各類問題，保證油罐區(qū)域的整體安全。

在開啟PLC 編程控制系統(tǒng)后，借助傳感器傳送的溫度、壓力等數(shù)據(jù)，能直觀了解并自動化調(diào)整相對應(yīng)系統(tǒng)或設(shè)備。以溫度傳感器為例，通過截取油罐內(nèi)穩(wěn)定的內(nèi)部溫度信息，繪制電氣設(shè)備的溫度變化，如圖4 所示。

和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，文章研究的PLC 編程控制系統(tǒng)能在極短的時間內(nèi)響應(yīng)相關(guān)問題，避免故障問題的擴(kuò)大，采取措施自動控制油罐內(nèi)溫度，提高整個油罐區(qū)域的安全性與管理效率。

6 結(jié)束語

我國的工業(yè)生產(chǎn)和管理水平對我國整體經(jīng)濟(jì)水平有著極其重要的意義，實現(xiàn)石油化工企業(yè)生產(chǎn)管理的自動化，可充分發(fā)揮企業(yè)社會經(jīng)濟(jì)效益以及生態(tài)效益的持續(xù)發(fā)展。文章建立了基于電氣自動化PLC 油罐廠區(qū)管理編程控制系統(tǒng)，并設(shè)計相應(yīng)的硬件與軟件布局，分析其在各個模塊中的具體應(yīng)用并對其進(jìn)行驗證，為PLC 編程控制系統(tǒng)在石油化工企業(yè)的發(fā)展提供有效參考。

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