OPLC在油气回收监测系统中的应用.pdf

第 5 1 卷第 5期 2 0 1 5年 1 O月 石油化工自动化 AUT0M ATI ON I N P ETR - CHEM I CAL I NDUS lTRY Vo l _ 5 1 ，No ． 5 Oc t o b e r ，2 0 1 5 OP L C在油气 回收监测系统 中的应用 寇立鹏 中沙 天津 石化有限公司， 天津 3 0 0 2 7 1 摘 要 针对加油站油气回收装置故障时的油气泄漏问题， 设计研发了一种在线式油气回收监测系统。该系统采用 O P L C数据 采集运算技术和数据总线通信技术 ， 通过压力 、 流量数据分 析油气 回收系统 的密闭性 、 油气 回收管线 的液 阻和处理装置 的运 行 情况 ， 并将监测数据通过 We b服务器传送给相关 的管理 部门 ， 实现 了实时监测 、 实时远程发布 ， 可在线连续监测 回收 油气 的气 液 比、 管线的密闭性及液阻等。 关键词 油气回收监测系统气液 比 组态液阻 中图分 类号 T P 2 7 4 文献标 志码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 1 5 0 5 0 0 4 8 0 4 App l i c a t i o n o f OPLC i n Oi l Ga s Re c o v e r y M o ni t o r i ng S y s t e m Ko u Li pe ng Z h o n g s h a Ti a n j i n P e t r o c h e mi c a l C o ．L t d ． ， Ti a n j i n ，3 0 0 2 7 1 ， C h i n a Ab s t r a c t s Ai mi n g a t t h e p r o b l e m o f o i 1 g a s l e a k i n g d u r i n g o i l g a s r e c o v e r y i n s t a l l a t i o n f a i l u r e a t g a s o l i n e s t a t i o n，a n o n l i n e o i l g a s r e c o v e r y mo n i t o r i n g s y s t e m i s d e s i g n e d ．OPLC d a t a a c q u i s i t i o n o p e r a t i o n t e c h n o l o g y a n d d a t a b u s c o mmu n i c a t i o n t e c h n o l o g y a r e a d o p t e d t o a n a l y s i s l e a k p r o o f n e s s o f o i l g a s r e c o v e r y s y s t e m，f l u i d i c r e s i s t a n c e o f r e c o v e r y p i p e l i n e a n d r u n n i n g s i t u a t i o n o f t r e a t me n t i n s t a l l a t i o n wi t h p r e s s u r e a n d f l o w d a t a ． Mo n i t o r i n g d a t a i s t r a n s f e r r e d t o ma n a g e me n t d e p a r t me n t t h r o u g h W e b s e r v i c e wi t h r e a l i z a t i o n o f r e a l t i me mo n i t o r i n g a n d r e mo t e d i s t r i b u t i o n ． On - l i n e c o n t i n u o u s mo n i t o r i n g o f v a p o r l i q u i d r a t i o f o r r e c y c l i n g o i l g g a s ，p i p e l i n e l e a k p r o o f n e s s a n d f l u i d i c r e s i s t a n c e a r e a c h i e v e d ． Ke y wo r d s o i l g g a s r e c o v e r y mo n i t o ri n g s y s t e m； v a p o r l i q u i d r a t i o ；c o n f i g u r a t i o n ；fl u i d i c r e s i s t o r 随着交通运输的发展， 国内加油站数量迅速增 加。加油站作为一个特殊条件场所 ， 由于加油站 的 油气泄漏 ， 不仅污染环境 ， 还会 给加油站业主带来 经济损失 。国内约 8 1 O 座加油站基本没有进行 油气回收 ， 汽油挥发泄漏损失达 8 8 0 k t ／ a 。 随着环保和安全越来越受到重视 ， 政府已经开 始进行油气治理行动。目前 ， 天津、 石家庄等城市已 经完成加油站油气回收系统的安装运行工作。油气 回收型加油机 的工作状况 ， 尤其是加油机 内油气 回 收系统的工作状态是否正常 ， 直接关系到二次油气 回收的效果和质量。经实际调研， 在北京市已完成 加油站二次油气 回收改造以及油气回收加油站的新 建 ， 当一些加油机内油气回收系统出现故障后， 在不 影响加油机正常加油的情况下 ， 会采取关闭油气 回 收系统而使加油机继续工作的方式 ， 从而使油气 回 收系统形同虚设， 溢 出的混合油气继续对周边环境 造成污染 ， 严重制约了国家环保发展进程 。 为解决上述问题 ， 设计研发 了一种在线式油气 回收监测系统 ， 该系统采用 P L C数据采集运算技 术 ， 以高精度罗次流量计、 压力传感器为主要 的检测 传感 器 件 ， 利 用 RS一4 8 5总线 数 据 传 输 方 式 及 I n t e r n e t 数据发布， 使整个系统数据采集 、 运算 、 We b 发布更加准确和迅速， 该系统调试简单， 应用和维护 方便 ， 大幅减少了发生油气泄漏而无人知晓的盲区。 1 系统功能及构成 1 ． 1 系统功能 该系统能够实时监测气液 比和油气 回收系统 压力 ， 具备记录功能 ， 能够储存至少 1年的数据 和 报警记录。通过压力和流量数据分析油气 回收系 统的密闭性 、 油气 回收管线的液阻和处理装置的运 行情况 ， 并将气液比、 压力、 报警数据通过 We b服 务器传送给加油站管理部 门以及 国家环保局等管 理机构 ， 使其能够了解各区域每个加油站的油气 回 收状态。对油气回收效率较低或油气排放较严重 稿件收到 日期 2 0 1 5 0 2 1 3 ， 修改稿 收到 日期 2 0 1 5 0 8 0 5 。 作者简介 寇立鹏 1 9 7 2 一 ， 男 ， 1 9 9 3年毕业于天 津理工学 院 自动 化仪表专业 ， 获学士学位 ， 现就职 于 中沙 天 津 石 化有 限公 司， 任 工程师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 寇立鹏．O P L C在油气回收监测系统中的应用 4 9 的加油站， 实行 回收装置 的改造或站点的关闭。 1 ． 2系统构成 以 Ⅵ 0 N1 2 0 R 2 C O P L C为 中心， 上 位 机 与 O P L C之间采用 R S 一4 8 5总线进行联 网， O P L C与油 气流量计之间通过 R S 一 4 8 5 模块进行数据通信， 串口 通信协议为 Mo d b u s R T U 。液体流量脉冲信号通过 加油机内部取出， 经过隔离后接入 O P L C的高速脉冲 接 口。基 于 此 系 统 中， R S一4 8 5接 口 最 常 用， R S - 4 8 5串行 口可以连接多个设备 ， 最大通信距离可 以达到 1 ． 2 k m。系统的硬件结构示意如图 1 所示。 加油机液体 流量脉 冲1 加 油机液 体 流量脉 冲2 油气流量计l 压力变送 器 上位机 O P L C l I O P L C 加油机液体 流 量脉冲4 加油机液体 流 量脉冲3 油气流量 计2 图 1 系统硬件组成 示意 2 O P L C数据采集及运算功能设计 2 ． 1 OP L C数据采集程序设计 通过对加油枪的研究发现， 加油枪从加油机上 开始 取下时 ， 加油机的油路泵就已经启动 ， 但是它的油 路只是在 内部从溢油阀循环排油 ， 当加油枪上机械 式把机受力移动后 ， 加油枪出口被打开 ， 汽油流出。 由此可知， 现在的加油枪在加油时只是靠机械式把 机控制油路的通断 ， 因而在油气流量采集 中， 就不 应将油路泵的开启作为数据采集开始的信号。只 有通过 OP L C的循 环扫描 ， 假如液体脉 冲数量大 于 3 个 ， 就判定加油开始 ， 开始对气体流量 、 压力进 行检测； 若液体流量脉冲少于 3 个就判定为加油停 止。在完成相关判定后， 需考虑采样的频率等相关 问题 。 2 ． 1 ． 1 气液 比采集 由于回收系统瞬间的回收体积增大或减少很 容易造成油气泄漏或者空气的进入， 因而对信号的 采集按 1 0次／ s 为单位计算 ， 每 1 0 S 求一个 l O S内 的总平均值 ， 对 于不满 1 0 S的按照实 际运行 时间 计算 ， 取平均采样值 。通过对气体和液体进行有效 值判断后 ， 进行气液 比运算并存储 。若加油过程还 没有结束 ， 则继续进行循环计算 。如果加油过程结 束 ， 则记录此次加油过程气液 比， 累计 2 4 h后 ， 计 算日均值， 判断日 均值是否在允许范围内。超出允 许范围 ， 则系统预报警。如果持续 7 d的 日均值都 达到预报警范围 ， 系统给 出报警信号。气液 比数据 采集及运算流程示意如图 2 所示。 油脉冲＼ N 数 3 7 一 一 ， 一 l 串I 1 采样 油气流量 二I二二二二工二二二 ● _ _ _ _ _ _ _ _ ● _ ●。 ● ● ● _ 。 _ _ _ _ _ ● 。 。 。 _ 。 _ 。 。 。 。 。。 。 ● 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。。 。 。 。 。 。 一 厂 _ ． 1采 样 速率 1 0 次 ／ s N Ir一 i ． 一 一 L ． 取平均采样值 I l 取1 0 s 内平均值l l 有效气体流量g l 脉冲采样 液体流量 I 二二二二二[二二 采样速率 1 0 次／ s卜 ] ]_一 l N ． j L l 取1 0 s 内平均值 1 I 取平均值采样值 I 有效液体流量 g I N Y 求 气液比 g 匀 ，并存储 结 束否 ， 无 ＼／ 进行预报警J ’ ． 图 2 气液 比数据采集及运算流程示意 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 石油化工 自动化 第 5 l 卷 2 ． 1 ． 2 管路压力采集 总管压力的变化在加油的过程中存在一定的滞 后 ， 在对其数据的采集 中， 先判断是否已加油 1 0 S ， 若已加油 l O S ， 按 1 O次／ s 为单位计算 ， 每 1 0 S 求 1 个 l O S内的总平均值 ， 对于不满 1 0 S的按 照实际 运行时间计算 。通过对平均值进行有效性判断后， 记录平均值， 累计 2 4 h后， 计算 日均值 ， 如果 日均值 大于 7 0 0 P a ， 进行预报警并记 录 日均值， 如果连续 7 d的日均值都进行预报警， 系统给出报警信号。压 力的数据采集及运算流程示意如图 3 所示 。 开始 ≥ 脉 冲 计 数 37 一 ，_ 一 1 o P 间大于 s 仁 一 、、、 取采样值 管道压力 采样速率 l O 次／ s ◇ N 笙 婆 Y ； l 堡 望 塑 兰 t ／ 报 警输 出 图 3 压力数据采集及运算流程示意 2 ． 2 OP L C数据运算 在完成相关数据采集后 ， OP L C要对从加油机 液体流量计、 气体流量计、 压力变送器上采集到的 数据 ， 进行解释 、 识别 、 类型转换及代数运算 。通过 对每次加油采集的气体流量总平均值、 液体流量总 平均值做比值运算 ， 计算当次加油的气液 比。通过 计算气液比， 然后对当 日加油站所有气液 比做代数 比较运算 ， 若气液 比日均值在 0 ． 9 ～1 ． 3 ， 进行存储 记录， 反之则输出报警并存储记录。 气液比计算公式 q 愧一 南 ㈩ 愧 一 式 中 ／ g 懒 气液 比； q v 气 体 流量计 的读数 ， L ／ mi n ； q v 加油机流量计 1上的最初 读数 ， L ／ mi n ； 加油机流量计 2 上的最初读 数 ， L ／ mi n 。 3 通信设计 3 ． 1 设计思想 Mo d b u s协议是应用于 电子控制器 上的一种 通用语言 。通过此协议 ， 控制器之间、 控制器经 由 网络 例如以太 网 和其他设备之 间可 以通信。它 已经成为一种通用工业标准 ， 现在大多数串行通信 都支持。OP L C的 R S一 2 3 2 ／ R S一4 8 5串 口也是通 过 Mo d b u s 协议与能够建立 串口通信 的外部装置 进行通信。因此， 该监测系统中所选用的气体流量 计串口通信也支持 Mo d b u s 协议 ， 通过 R S 一 4 8 5总 线连接减少了系统中大量信号 电缆的信号干扰和 布线繁杂等问题 。 3 ． 2 OP L C通信协议 VI S I ON1 2 0 R2 C OP I C通过编程软件上特定 的功能块进行通信设置 ， 包括读子机标识 、 DT矢 量器开始端 、 DT补偿矢量器 、 DT矢量器 开始端 、 DT补偿矢量器 、 DT矢量器长度 、 状态信息 、 总区 域 、 应答次数。上位机与 O P L C P o r t 1端 口通信的 标准 Mo d b u s 通信配置程序如图 4所示 。 图 4上位机 与 OP I C P o r t 1端 口通信 的 标 准 Mo d b u s 通讯 配置程 序 4 网络设计 油气 回收监测系统 中上位机采用微型计算机 系统 ， 通过组态王等编写的组态软件能够实时、 准 确、 高效地监控气液比及管路压力变化。这些软件 自身 已集成 网络 功能 ， 通过 网络设 置 ， 在 I n t e r n e t 上发布油气监测数据。基于 I n t e r n e t的远程监控 系统可以分为三层 数据采集层 、 上位机监控层及 远程客户监控层 。 1 数据采集层 。由智能气体 流量计 、 智能压 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 寇立鹏．OP L C在油气回收监测系统中的应用 5 1 力变送器和 OP L C组成 ， 该系统 中不需要对 现场 参数进行控制 ， 因而 OP L C为该 系统 的数据采 集 模块。它完成数据采集层的数据采集， 并与监控层 进行数据交互 ， 是整个 系统 的基础 ， 系统 的检测和 控制都集 中在此层 ， 因而该层具有较高 的可靠性 、 稳定性 。数据 采集 层 的核 心是 OP L C及 现 场 总 线 ， 数据检’ 贝 0 、 采集装置 以网络节点的形式挂接在 总线上 。 2 上位机监控层 。该层从现场设备 中 OP L C 中获取数据 ， 完成各个监控策略 、 运行参数 的监测 、 报警 、 分析等功能， 即实现本地监控的功 能。该层 的核心是监控组态软件 ， 通过 网络设置以太网和总 线接 口与上层和下层相连 ， 协调网络节点间的数据 通信 ， 这种连接方式使系统配置更加灵活 、 方便。 3 远程客户监测层。主要 目的是在分布式网 络环境下构建一个安全的远程监测 系统 。系统中 开发的 we b服务器是一个提供远程监测服务功能 的网站服务 器。在 We b服务器 中通过 客户端 的 Ac t i v e X控件从服务器上监测油气监测数据 。 5结束语 为解决油气 回收装置在故 障状态下 的油气泄 漏 问题 ， 应用 VI S I O IN1 2 0 R 2 C OP L C设计 了一种 简单、 高效 的油气监测 系统。通过有效利用 P L C 强大的运 算功能 和独特 的 I ／ O 配置 以及 标 准 的 Mo d b u s ， GS M／ S MS和其他先进的通信功能， 使监 测 系统具有快速的数据处理能力 ， 大幅提高数据采 集的实时性、 有效性 。系统结构简单 ， 控制与数据 采集处理性能优 良， 在环保监测领域具有 良好 的发 展前景。 参考文献 [1] 何衍庆 ， 黄海燕 ， 黎冰． 可编程控制 器原理及应 用技巧 E M] ． 3版． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 1 0 ． [2] 杨青峰 ， 付骞． 可编程控制器原理及应用[ M] ． 西安 西安 电 子科技 大学出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 3 ] 北京市环境保护科学研究院， 国家环保总局环境标准研究 所． G B 2 0 9 5 2 --2 0 0 7加 油 站大 气 污染 物排 放标 准 E s ] ． 北 京 中国环境科学 出版社 ， 2 0 0 7 ． [4] 何燕． OP L C在工 业监 控 中 的应用 研究 [ J ] ．自动 化博 览 ， 2 0 0 6， 2 3 O 3 6 46 5 ． [5] 黄维秋 ． 油气 回收基础 理论及其 应用 [ M] ． 北京 中国石化 出版社 ， 2 0 1 1 ． [6] 李汉勇． 油气 回收技术 [ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 0 8 ． [7] 环境保 护部． 加 油 站油气 回收 环境管 理 政策法 规 [ M] ． 北 京 中国环境科学 出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 8 ] 王文庆， 沈建冬， 魏秋月． 可编程控制器原理及应用一 s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 [ M] ． 北京 人 民邮电出版社 ， 2 0 1 4 ． 西门子柴 电推进 系统助力船厂节省燃油成本 西门子为中国台湾国际造船公司的 4 艘 6 ． 5 万吨半潜甲板运输船 S S Y X 2 V 提供柴电推进系统和其他附件。相比传统 的机械推进技术， 柴电推进系统可将燃油成本降低 1 5 ， 它拥有功率管理功能。同时， 相关的螺旋桨 、 船舵和推进器在船舶 低速运行时可增强其机动性。每套推进系统均拥有 由低压电机和变频器组成的全集成驱动系统， 各类组件之间可实现完 美的相互配合， 有助于船舶运行更经济节能。压载水泵可帮助有效控制和处置污染物， 减少海洋污染。 西门子股份公司石油、 天然气及船舶业务部总经理 Ma r i o Az a r 表示 “ 先进的柴电推进系统可提升船舶的燃油效率和 机动性， 同时利用相关的水泵技术保护周围环境。能与中国台湾国际造船公司在这一重要项 目上密切合作， 深感荣幸。同 样令人欣慰的是西门子推进系统已被石油、 天然气及船舶行业广泛采纳。 ” 该系统计划于 2 0 1 7年年底前交货。包含 4台 4 MW 低压 S i mo t i c s 电机、 4台低压 S i n a mi c s变频器和相应的变压器。 供货范围还包括为每艘船舶提供约 7 MW 的主发电机、 中压配电柜、 电源管理系统、 变流器和压载水泵变压器以及配电变 压器、 可调螺距螺旋桨、 襟翼舵及船首船尾隧道式推进器。 S S D C V专为承载重型负荷而设计， 比如用于运送船舶、 自升式钻台、 浮式和非浮式模块等。它们可以浸没在水中， 让 货物漂浮到相应位置， 而无需将其移出水面。或者说， 它们无需启用浸没功能即可装载货物。未来几年 ， 市场对这类船舶 的需求势必会呈上升之势。 西门子中国有限公司 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m