策论基于PLC模拟控制系统的研发与设计.pdf

置 基 D o i 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 1 0 4 1 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 0 2 策论基于P L C 模拟控制系统的研发与设计 刘 雪林 中海油能源发展股份有限公司 采油服务分公司，天津 3 0 0 4 5 7 臼 塑眚日 摘要文章围绕 P L C 的标准模拟控制系统的设计展开，详细介绍了 P L C标准模拟控制系统的组成 I] P I D 控制的基本原 理，并介绍了该系统在L NG船舶货物控制系统中的应用。 关键词L NG运输船；P LC 模拟控制系统；研发；设计 中图分类号 T H。 3 9 文献标志码 A The r e s e a r c h a nd d e s i g n o fPLC a na l o g c o n t r o l s t e m LI U Xue l i n Br a n c h o f Oi l P r o d u c t i o n S e r v i c e s ， CNOOC En e r Te c h o i l P r o d u c t i o n S e r v i c e s Co ． ， Ti a n j i n ， 3 0 0 4 5 7 ， Ch i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n d e s i g n i n g o f t h e a n a l o g c o n t r o l s y s t e m i n P LC s t a n d a r d ， t h i s a r t i c l e a n a l y s e s t h e s t r u c t u r e o f P L C s t a n d a r d a n a l o g c o n t r o l s y s t e m ， i n t r o d u c e s t h e b a s i c p r i n c i p l e i n P I D c o n t r o l ， a n d i n t r o d u c e s t h e a p p l i c a t i o n o f t h e s y s t e m i n t h e L NG t r a n s p o rt s h i p c o nt r ol s ys t e m． Ke y wo r d s L NG t r a n s p o r t s h i p ； P L C a n a l o g c o n t r o l s y s t e m； Re s e a r c h a n d d e v e l o p me n t ； De s i g n 0 引言 目前 ，犬量的 】 业生产过程中都采用 P L C对模拟量进 行控制。而国内的I N G船舶货物控制系统基本上为T GE、 H a m w o r t h、K O N GS B E R G国外设备商所垄断。因此 ，自主 研发一套基于P L C 模拟控制系统的L N G 船舶货物控制系统有 着重要的现实意义 。 1 基于 P L C的标准模拟控 制系统 的原理 1 ． 1 基于 P L C的标准模拟控制系统基本构成 P I C标准模拟控制系统结构如图1 中所示 ，通过A ／ D模 块的转换 ，将测量元件所测的模拟量反馈信号变成数字量 信号，并和系统被控量的标准值进行对比，获得偏差。然 后P I C 将所得的偏差进行 P I D算法处理，处理结果通过 D ／ A 模块变换成模拟量信号 ，该信号通过线路传输 IJ L NG 船舶 货物控制系统后 ，可对执行机构的动作进行控制 ，进而让 被控量得到了有效的控制。 图l P L C闭环控 制 系统 结构 1 ． 2 P I D控 制的基本原 理 通常在P I _C中，会设置有P I I 的功能，由此，在实际过 程L } 1 ，可以直接使用P I D 并设置相应参数。具体而言，引入 P 1 D 控制器 ，通过给定值与输出值的差值，将此作为系统的 控制偏差。 e t r t 一 Y t 1 依据 L 述公式计算而出的偏差值，结合控制器 比例 、 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 微分、积分，将三者进行线性分析，可以顺利计算} } I P I D 的 数据模型，即控制规律 u c 【 e 丢 e O d ￡ - --E i- - 1． 2 在上述公式中，u t 是P I D 控制器的输 值，e t 是P I D的控 制偏差，是控制器的比例，为积分，为微分⋯ 。 2 L N G 运输船货物控制系统中P L C的标准模拟 控制系统的应用实现 从应用过程而言，P L C 标准模拟控制系统主要包括硬 件接线和软件编程两个环节。在L NG 运输船货物控制系统 中，在对货物系统参数值进行适时检测的过程中，通过参 数的不端对比分析 ，以P L C 实现对参数大小的调节，使其 保持稳定 ，从而对实现对货物系统的控制。下面，我们以 L N G 运输船货物监测报警和控制系统为例，详细介绍P L C 的 控制过程。 2 ． 1 L NG 运 输船货物的营运流程 L NG 运输船 的货物同护系统 、货物操作系统 、L NG 燃 气系统的控制与液化气船货物的营运流程相关联，如 2 所 示。它主要包括干燥 、惰化、驱气 、预冷 、装货、载货航 行 、卸货 、换装货品 、液货舱准备进坞修理等步骤。L NG 运输船的控制系统对上述货物营运流程进行监测报警和控 制以维护货物的安全 ，这些监测报警处理的过程下面我们 会详细分析。 2 ． 2 货物监测报警和控制系统的P L C 控制过程 货物监测报警和控制系统主要 南货物监控站 、压缩 机室就地监控站 、气室就地控制和显示板 控制板防护 箱 、燃气就地监控站及监测控制和数据采集软件组成。 通过监测控制和数据采集软件 ，可以采集所有模拟量信号 EI C V0 1 ．21 2 0 1 4 No ． 2 7 日班童拯告日 图2 液 化气 船货 物的 营运流 程 图 和开关量信号并将信号传输至货物监控站进行处理 ，根据 信号要求停止相关货物电气设备及激活E S D 系统。为了使 货物监测报警和控制系统更具 自动化 ，在系统中加入一套 带有冗余的P L C 标准模拟控制系统，用P L C 对其进行控制。 冗余系统包括电源供应 、C P U 中央处理器 、I ／ O 输入 ／ 输出 单元和配电板的过程现场总线系统。货物监测报警 和控制系统对L N G 运输船上的各个部位都进行了监测 ，如 图3 所示。 图3货物监测报警和控制系统原理图 对于B O G 压缩机 ， 压缩机机旁设有就地控制系统，过 程控制单元 、就地控制柜等是该系统的主要组成部分。具 体来说 ，在过程控制单元 ，可以采用可编程序逻辑控制器 P L C，机组控制系统可实现就地手动或 自动控制，远程 自 动控制。空压机的压力 、温度、电机电流和绕组温度等各 种变量和参数信号通过数据采集单元进行采集 ，并将其传 输至货物监控站的P L C 控制单元的外部输入端子。通过该 端子将信息输入P L C 内部寄存器中，经A ／ D 转换模块后这些 信号变成数字量信号 ，将所得信号与相应的设定值 比较得 出偏差，而最终将其输入到P L C 中，以P I D 的算法进行数据 处理。举例而言，在算法 u k K p e k K l ∑ o e ． “ 1- K D 【 e ∞ 一Kk 一1 】中， 最终的计算结果通过D ／ A 转换 ，转换成模拟量信号 ， 并经 B OG 压缩机系统控制之后 ，最终达到对被控量的控制。如 电动机过载或者电动机绕组温度过高时，P L C 控制单元控 制发出信号 ， 控制相关设备报警停机。 对于液货罐 ，通过货罐液位传感器、压力传感器 、罐 内9 0 ％高度处温度传感器器 、 罐Ns o o 高度处温度传感器和 罐内底部温度传感器等传感器对货罐的液位、压力和温度 等参数进行监测。这些传感器将检测到信号用数字量或模 拟量送到货物系统的数据采集单元 ，经过数据采集单元采 8 E l C VO I ． 2 1 2 0 1 4 No ． 2 器 墨 集的所有模拟量信号和开关量信号将传输至货物监控站的 P L C 控制单元中，将这些监测数据与相应的设定值对比并 进行处理 ，根据信号要求或停止相关货物电气设备或激发 E S D 系统。例如，P L C 控制单元会将采集到的液罐内压力与 设定值进行对比，当液罐 内压力高于设定值时 ，P L C 控制 单元运行预先设定好的程序，控制压力控制阀打开以便将 气体释放到大气中；当液罐内压力再高到安全阀设定值时 安全阀全部打开将气体释放到大气中，对液罐进行泄压保 护；当罐内压力低于设定值时，P L C 控制单元运行预先设 定好的程序，控制控制阀打开使气体注入 ，保护液罐不出 现真空 负压 。又如对液罐设独立的高液位 9 5 ％测 量，当报警时控制系统起动E S D系统。 对于液货泵和燃气输送泵，在就地控制板处设有排出 压力 、密封压力指示及起动停止电动机控制开关 ，并还输 出电机电流过载、电机绕组温度高报警信号至货物系统的 数据采集单元 ，经过数据采集单元将信号传输至货物监控 站的P L C 控制单元进行处理 ，根据信号要求停止相关货物 电气设备。对液货泵还可在货物监控站遥控起动停止及遥 测电机电流。当货物控制系统失效时，还可在货物配电板 室通过货物配电板内设置的应急带锁开关 ，撇开控制系统 越控操泵。 ． 对于货物管路和 阀门，货物管路的连通 和截止依靠 阀门来控制的，阀门由船上货物系统液压泵站控制。货物 管路的参数是通过流量计来监测的。对于 “ 海默多相流量 计”而言，在技术角度它就是综合了互相关流量测量技术 与计算机技术等多种技术 ，通过对管路内油、气 、水三相 流中各相的相分率 、压力 、温度、流速等流动参数的动态 检测 ，实现油气水三相不分离状态下油井的水、气 、油产 量以及油井 日平均含水率 、混合液密度 、油气 比等的连 续、在线和自动计量 ] 。流量计监测的数据送至数据采集单 元，经过数据采集单元将这些信号传输至货物监控站指示 及报警，并通过P L C 控制单元对其进行控制。 对于氮气发生装置，主要监测其干燥机 、空压机 、风 机运行停止状况，含氧量指示及含氧量高报警，高露点报 警等参数。这些信号送至货物系统的数据采集单元，经过 数据采集单元将这些信号传输至货物监控站指示及报警 ， 通过P L C 控制单元遥控停止发生装置、干燥机、空压机。 对于货物配电板 ，货物配 电板所有供 电负载都 南空 气开关馈电并设负载短路保护。电动机馈电回路设有接触 器，由电动机保护继电器过载保护。货物配电板的主要负 载为压缩机、液货泵。泵的电机起动单元配置电子保护装 置并受集成在货物控制系统内的冗余总线系统控制，电动 机还配备P T C 电阻的绕组温度监测保护。所有货物系统电 气负载 ，由货物控制系统通过P L C 进行信号采集和控制 ， 其运行、负荷和故障等信息传输至货物监控站并显示在显 示器上 。 对于货物贸易交接系统，系统测量货舱的液位、气体 和液体的温度 、气体压力体积及在相同温度下得总体积。 系统将测得的货舱液位 、 温度、压力数据均可在货物控制 墨 麦旦 系统中显示 。系统可提供报警信号并和货物控制系统 有通讯接口，系统还提供上述项 目测量值和数据记录。系 统从船上装载计算机获得的船舶纵倾横倾模拟信号后通过 P L C 对船舶纵倾和横倾时对货舱液位和体积的影响进行调 节修正 ，并计算出L N G 总装载量或总卸货量，并将数据换 算成货物的体积和质量。 ‘ 3 结束语 综上所述 ，将P L C 模拟控制系统应用于L N G 运输船上， 可以对L N G运输船各个组成部分的信息进行 自动化监测。 在当某一部位出现异常时，通过P L C 控制单元预先设计好 的控制程序或者指令，可以很好地报警显示并解决故障。 因此 ，进行基于P L C 模拟控制系统的研发与设计 ，对于促 进L N G 运输船的发展有着重要意义。口 参考文献 I 1 l 闰怡璇 基于P L C模拟控制系统的研发与设计 西华大学， 2 0 1 2 1 1 1 【 2 】 李敬兆 张崇巍，基于p L c 直接查表方式实现的模糊控制器研究lL 『 l 1 电工技术杂志，2 0 1 1 年0 9 期7 0 8 0 【 3 J 任俊杰 李红星， 李媛， 基于P L C 和组态王的过程控制实验系统 实 验室研究与探索， 2 0 1 o go 5 期 1 9 9 --2 0 0 ． 【 4 1 张运波 P L C梯形图设计中的关键技术 U 1 ． 长春工程学院学报 自然 科学版 ， 2 0 1 } 年0 1 期 3 5 --3 6 1 5 1 张文庆 P I D算法在P L C 模拟量闭环控制中的实现u 1 ．信息技术，2 0 0 3 年0 1 期9 O 一9 1 作者简介刘雪林， 男， 大学本科 ，从事仪器仪表研究工作 收稿 日期2 0 1 3 0 3 0 3 日 窭塑告日 色谱法化学吸附仪在催化剂行业中的应用 根据要求 ，可以使用脉冲法 、连续流动法、迎头法， 以及程序升温脱附技术 ，在一套设备上逐个测定催化剂的 反应速度、金属分散性或其它活性中心 、表面酸碱度和质 量传递性能等 ，以便参照催化全过程的多种原位数据，有 效地改进催化剂的活性、选择性及寿命。 在多相催化 中，由于反应体系的复杂性 ，使得再解 释催化活性及其机理上遇到了困难 ，因而妨碍了对特定化 学过程最佳催化剂的选择。在近代 ，虽然有着各种能谱 ， 光谱，磁学方法 ，场发射技术等应用于催化精细结构的研 究，但由于各 自在仪器和理论方面的限制 ，它们存在以下 主要 缺点 1 、由于价格昂贵，不是所有的研究者都能得到所希望 的仪器设备； 2 、由于催化材料的多样性，不是每种仪器都能获得所 希望的数据 ； 3 、多数物理方法在 “ 非原位 “ 条件下所得到的数据 ， 很难与催化行为直接关联。 近十多年来 ，随着色谱理论和技术的 日臻成熟 ，并 且由于它没有以上缺点和具有简便 、快速 、定量准确等优 点 ，因而在催化研究 中得到了广泛的应用。则是在接近于 反应的条件下，研究 固体催化剂的大多数表面化学性质 ， 并在同时测定他们的催化性能，以便关联这些数据，加深 对某特定过程催化作用本质的了解 ，并控制它的最佳催化 剂的选择。 在催化研究中的应用GC 技术通常按两种方式用在催化 研究中，一种是将催化剂直接填充在色谱柱中，另一种是 附加一个微型反应器与G C 。用此可以测定物理表面积 ，传 递参数，化学吸附和表面行为，反应速度等催化过程所需 要的几乎全部数据。 仪器仪表用户杂志发稿流程 1 、作者投稿y q y b y h v i p ． 1 6 3 ． c o m；编辑部收到后会回复收稿确认邮件。 2 、编委审核。一至二周通过电邮答复作者 ，确认是否录用。 3 、确定可以发表的文章后，向作者发送发稿流程模板，录用通知、发表时间及论文完善建议。 4 、作者确认后反馈确认回执、版权声明等。 5 、编辑部快递录用证明，印刷出版后邮寄样刊。 特别声明 1 、 仪器仪表用户拒绝抄袭、一稿多投等学术不端行为。 2 、论文定稿后 ，如无特殊情况，作者请勿改变发表时间及终稿内容。 3 、请作者尽量提供高像素图表 、公式 ，保证印刷质量。 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 E I C V O I ． 2 1 2 0 1 4 N 0 ． 2 9