基于PLC的石油储运监控系统的设计与实现

王春辉 王成海 李庆 汪永山 梁宁

摘要：石油储运系统是石油储运过程中必不可少的，其智能程度的高低、所含信息的多少和对故障的诊断以及容错能力影响着后面数据采集的准确性。石油储运监控系统的准确性，影响着石油储运系统采集数据与监控系统的可靠性、稳定性以及易用性。但普通石油储运系统控制阀门多且线较为繁杂，在系统的使用上过于复杂化。基于此，本次研究以PLC的石油储运监控系统为研究对象，集中分析PLC的石油储运监控系统的设计与实现，以期为改善PLC的石油储运监控系统设计的问题提供相应的参考。

关键词：PLC;智能电动阀;主站控制器;石油储运

在罐区中原油储罐和输出油管道所使用的各种控制阀门是石油储运中必不可少的现场仪表，石油储运监控系统智能程度的高低影响着在使用系统的过程中数据的准确性以及便捷性[1]。本系统采用了英国Rotork公司的智能电动阀，相比普通电动阀可以更多的控制阀门，并且连线简单，增加系统使用时的便捷性。基于此，本次研究以PLC的石油储运监控系统为研究对象，集中分析PLC的石油储运监控系统的设计与实现，以期为改善PLC的石油储运监控系统设计的问题提供相应的参考。具体分析如下：

1监控系统的硬件实现

1.1Rotork智能阀控制设备

Rotork智能阀控制设备是一个综合系统，具体包括阀门数据采集、监视与控制系统。Rotork的组成是由一门主站控制器和与它相连的现场电动阀组成。设置主站控制器，形成電流环路，具体可以分成一条两线，最多可以控制环路上240各现场控制阀，最长控制在20km以内。

智能阀组中现场智能阀组的智能化程度较高。现场智能阀组拥有丰富的数据和诊断信息，其中最主要的特点是仅通过两线互联，多个智能阀组就可以成一个环路，接入主站控制器时仅起始和末端两线，电动阀的阀门信息通过两线通讯进入主站控制器[2]。在智能阀组运行期间，如运行出现故障，现场智能阀组将开启线路故障屏蔽功能。具体原理是当环路出现开路、短路以及接地这三种故障时，为使主站控制器与线路上所有智能阀通讯不受影响，会将故障断的线路屏蔽，同时会将故障信息发给主站控制器。

1.2监控系统结构

Paskacan IIE主站控制器与PLC之间采用Modbus协议通讯，通过port 0的RS-485接口连接。整个系统的控制部分采用的是美国GE Fanuc公司的HBR双重热备型PLC系统，其主要原理是通过PLC 控制140个智能阀的开阀、停法、闭阀。在上位监控站可以监视各个职能阀组的信息，包括阀位回信状态、阀位值和报警信号。同时在上位监控站可以执行对智能阀组的开阀、停法以及闭阀操作。

在系统正常的运行情况下，是PLC和主控制器工作，工作时PLC和热备控制器分别与主PLC和主控制器保持同步[3]。智能阀组传送数据的原理主要是通过主PLC在RS-485接口从主控制器中读取数据，同时发布命令，收到命令后主控制器开始执行命令，驱动智能阀按命令运转，最终将数据传送给主控制器。在系统运转的过程中，主PLC或主控制器出现故障时，系统可以分别自动切换到从PLC或热备控制器。

本系统采用的是Modbus通讯协议，一台PLC可以连接多台Pakscan IIE主站控制器，所以在此技术上现场智能阀组较多的情况可以较便捷的扩展并且连线简单。

2 软件设计

2.1通讯程序设计

PLC选用Mobdus RTU主通讯模块。Paskscan IIE主站控制器作为Modbus从设备是一个远程终端单元。PLC的CPU通过Modbus RTU主通讯模块控制Pakscan IIE主站控制器的读写。

主通讯模块的程序设计包括三大部分，分别是初始化通讯模块、读写Modbus/RTU数据、检测通讯状态。

通讯模块的程序设计包括三个初始化控制块的参数，分别是Slave控制块、信息控制块以及通讯要求参数块。Slave控制模块是一个15个寄存器长的数据块，主要功能是定义与其通讯的Slave的型号、个数以及状态等参数，每一个Slave需要一个控制块[4]。信息控制块是一个6个寄存器长的数据块，功能是定义Master要求每个Slave执行的命令信息，具体包括命令类型、RTU引用地址偏移、PLC引用地址偏移、主机号等参数，每种命令在执行时要用到一个信息控制块。通讯要求参数块是一个17个寄存器长的数据块，功能是定义通讯方式、端口控制字以及检测Slave控制块和信息控制块的状态参数等，每一个端口需要定义一个通讯要求参数块。所有初始化参数在PLC上或冷启动初始化的第一个扫描周期内加载到RTU主通讯模块，然后RTU主通讯模块负责与Pakscan IIE主站控制器通讯，同时PLC和RTU主通讯模块交换数据。

读写Modbus/RTU数据和监测通讯设备状态尽需读写初始化使定义相应的PLC参数地址即可，操作起来相对简单。

2.2监控软件设计

上位监控站可以准确控制监测合格控制储运两大部分的所有信息和设备。主要工作原理是通过编程、组态、连接，形象地反映实际工艺流程、显示动态数据。在系统上设置PID控制参数以及过程参数，可以方便查看历史趋势、报警历史报表等[5]。

Rotork的现场电动阀组可以通过按钮人工开阀、停阀以及闭阀，并且显示任意时刻的阀门状态和阀位值，现场的电动阀配置在流程的输油管线上，设计出良好的人机界面可以使操作时提高直观性、便捷性。

结语

本次研究分析了PLC的石油储运监控系统，Rotork的智能阀控制设备与PLC结合使罐区储运监控系统布线简洁、控制方便，丰富了PLC的石油储运监控系统设计与实现问题的研究成果，并为其他储运系统为改善PLC的石油储运监控系统的设计与实现提供了参考。而关于这一问题还可以通过对系统的设计方案进行研究，从而提升石油储运监控系统的便捷性。

参考文献

[1] 何英辉. PLC技术在石油化工油品储运自动化系统中的具体应用经验谈[J]. 区域治理， 2018， 000（003）：294-295.

[2] 刘龙清， 田西宁， 吴振宁，等. 漠大线软启动跳闸故障中泵运行状态的控制方法[J]. 油气储运， 2018（8）：956-960.

[3] 张世斌、赵国辉、张舒. 盖州压气站站控系统与压缩机组控制系统的融合[J]. 油气储运， 2020， v.39;381（09）：72-76.

[4] 张红丽. 基于PLC的皮带运输监控系统设计[J]. 自动化应用， 2019， 000（004）：65-66.