触摸屏、PLC与变频器在海上油田配电场所正压保护系统中的应用

王 栋

（中海石油（中国）有限公司蓬勃作业公司，天津 300450）

本文介绍了某浮式储油设施现场防爆区域内的配电间正压供风系统，该系统主要由触摸屏、ABPLC、变频器、风机、微压变送器组成，通过这几个关键器件的连接形成一个完整的闭环调节系统，当室内正压值发生变化时，PLC 根据微压变送器采集的实际压力值与触摸屏设定点的差值，通过PID 来调节变频器的输出频率改变风机运行转速来维持室内正压值稳定在设定值。同时还可以通过触摸屏进行正压系统运行的手自动切换，以及配电间低压报警报警功能。通过研究该设施防爆区域内配电系统的正压防爆功能，为以后提高油田配电系统的防爆性能提升奠定技术基础，提供技术储备。

1 正压通风系统概述

1.1 正压通风系统的硬件组成

正压通风系统由PANEL VIEW 550触摸屏，AB SLC5 PLC、微压变送器、AB PF40变频器、正压风机组成，通过PLC 接收微压变送器的反馈信号来控制变频器的输出频率，实现配电间内的正压稳定。

1.2 正压通风系统工作原理

该系统采用闭环控制原理，通过触摸屏设定室内正压设定值，系统运行时，通过微压变动器实时监测配电间内正压值，并将压力值转换为4～20 mA 的电流信号反馈到PLC 中，PLC 将压力的实际值与设定值差值进行PID 运算之后，输出到变频器的频率控制端口，来提高或降低风机转速，直至室内正压值与设定值相等。控制框图如图1所示。

图1 正压通风系统控制框图

2 系统功能的实现

2.1 触摸屏画面的组态

该系统使用的触摸屏为AB PANEL VIEW550，该触摸屏通过RS232与AB PLC 进行通信，用户可在触摸屏上进行正压系统运转模式的手自动切换及室内正压值的在线设定。使用PANEL BUILDER 32软件对触摸屏进行组态，组态参数见表1。

表1 触摸屏组态参数

系统正压反馈值组态如图2所示。

图2 系统正压反馈值

2.2 PLC程序设计

PLC 通过通信由触摸屏得到正压系统的设定点与系统运转模式命令，同时通过模拟量输入模块由微压变送器得到配电间内的实时正压值，PLC 将实时正压值传送到触摸屏用来实时显示，并将设定值与实际值进行运算，根据计算结果来改变接入到变频器的模拟量值的大小，从而控制风机转速。

2.2.1 室内实时正压的监测

如图3所示，微压变送器将配电间内与配电间外的压差转换为4～20 mA 的信号接入到PLC 的模拟量输入通道中。在PLC 程序中对得到的模拟量进行量程变换之后，如图4所示，用来在触摸屏中显示实际压力值。

图3 微压变送器接线图

图4 PLC程序中对模拟量进行量程变换

2.2.2 PLC模拟量输出设定

如图5 所示，在系统自动模式下，当正压风机运转时，PLC 会在发出风机启动命令同时调用PLC程序内PID 调节模块进行运算，并将结果最终放到N100：0中。当风机故障或风机停机备用时，PLC 程序将0值写入到N100:0中。

图5 PID调节程序

手动模式下，通过触摸屏设定PLC 模拟量输出及风机的启动命令。具体程序如图6所示。

图6 手动模式下设定PLC模拟量输出

2.2.3 系统手自动运转模式切换

正压系统手自动运转模式切换由触摸屏完成。如图7所示，通过改变N7：80内的值来切换系统运转的模式。值为2时代表自动模式，值为3时代表手动模式。

图7 手动、自动模式切换程序段

2.3 PF40变频器参数的设定

PF40变频器参数如图8所示，设定电机的相应的参数，命令源选择为二线制，速度源选择为4～20 mA信号，加减速时间设定为10 s。最小频率设定为26 Hz，最大频率为50 Hz。

图8 变频器参数设定

3 实际运行效果

如图9所示，当系统开始运行时，通过触摸屏设定室内正压为50 Pa，微压变送器将实际的压力值传送到PLC 中。经过PID 调节之后，输出4～20 mA 到VFD 的模拟量输入端子。PLC 模拟量输出电流的大小来决定风机转速的快慢，保持室内正压维持在设定点。若在设定时间内，室内正压值在变频器运行在50 Hz 时仍未能到达设定点时，会远程触发系统低压报警，提醒人员注意，变频器频率曲线如图10所示。

图9 操作人员进入配电间正压系统风机频率变化曲线

图10 未建立正压时，变频器频率曲线

4 结束语

经过现场的实践，触摸屏配合PLC 与变频器构成的正压供风系统有着响应速率快、精度高、可靠性高并且稳定性好的特点，同时还可以实时地监控系统压力，系统故障时可远程报警。该系统的应用极大提高了油田现场生产的安全性，也为之后油田的新设施投产或现场配电系统防爆性能提升提供了技术基础。