用西门子PLC系统实现油罐自动脱水.pdf

日廑旦 日 D o i l 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 1 0 4 1 ． 2 0 1 3 ． 0 1 。 0 2 2 用西门子P L C 系统实现油罐自动脱水 量 麦 黄现文 中国石化广州分公司 仪控中心， 广州 1 5 1 0 7 2 6 摘要 中石化广州分公司厂通过西门子s 7 ． 4 0 0 P L C设定一个基准值来判断传感器是否测到水或油， 从而实现自动脱水功 能。 文章介绍了中燃罐区s 7 4 0 0 控制系统的硬件结构， 阐明了利用P L C系统实现罐区自动脱水的逻辑及实现的方法， 对改造 现有脱水系统具有借鉴作用。 关键词 P LC； 脱水系统 ； 自动脱水 中图分类号 T P 2 7 3 ． 5 文献标 志码 B Th e a p p l i c a t i o n o f S i e me n s P LC s y s t e m t o a c h i e v e t h e a u t o ma t i c de hy dr a t i on H UAN G X i a n-we n Ch i n a P e t r o l e u mCh e mi c a l Co r p o r a t i o n Gu a n g z h o u Co mp a n y ， Gu a n g z h o u 5 1 0 7 2 6 ， Ch i n a Ab s t r a c t By me a n s o f Si e me n s S7 - 4 00 PL C， we s e t a r e f er en c e v a l u e t o d e t e r mi n e wh e t h e r t h e s e n s or me as u r e s t h e wa t e r o r oi l ， s o a s t o a c h i e v e t h e a u t oma t i c d eh y d r a t io n．Th i s p a p e r i n t r od u c e s t h e f u el t an k7 -4 0 0 c on t r o l s y s t e m h ar d wa r e s t r u c t u r e ， e x p ou n d s t h e l o gi c a n d me t h od o f a c hi e v i n g t h e a u t o ma t i c de h y dr a t i o n b y PL C s y s t e m， an d p r o v i d e s s ome r e f e r e n c e f o r t r a n s f o r mi n g t h e c u r r e n t d e h y dr a t i o n s y s t em． K e y wOr d s PL C d e h y dr a t i O n s y s t em； a u t oma t i c d e h y d r a t i o n 0 引言 油罐自动脱水是各大炼油企业长期面临的、 希望解决 的一大难题。目前我厂储运部原油罐区G 1 0 1 ～ G1 1 4 、 中燃 罐区G 3 0 7 9 ． G 3 0 3 共1 6 个贮罐投用了罐区自动脱水系统， 其 中投用浙江联大WY S 的脱水仪有7 套， 分别在原油G 1 0 3 、 G l 1 1 、 G1 1 2 、 G1 1 3 、 G 1 0 5 、 G1 0 6 、 G1 1 4 罐上安装投 用； 其余的9 套是宁波索图WB T S V自动脱水系统， 其中有 2 套在中燃罐区G 3 0 3 、 G 3 0 7 罐投用。 2 0 0 9 年蜡油罐区常规 仪表隐患治理项目需要取消常规盘装仪表， 因为涉及费用 问题， 在不能改变现场仪表配套设施及无法重新敷设仪 表电缆的情况下， 通过技术攻关， 由技术人员提供脱水逻 辑， 尝试利用西门子s 7 4 0 0 P L C m 系统替换自动脱水控制 仪实现油罐自动脱水功能。 1 自动脱水原理 WB T S V自动脱水系统采用高灵敏度传感器来检测油 水界面， 经脱水控制仪采样判断后输出信号控制阀门的启 闭， 以达到脱水的目的。系统由二次脱水小罐及其配管、 传 感器、 自动脱水仪、 执行机构组成。 见图1 。 二次脱水小罐罐顶低于储罐底部， 直径大约7 0 0 ram， 高l O 0 0 m m左右， 埋于储罐边地下， 与储罐间通过进水管与 回油管连接， 使储罐内的水分沉降到脱水小罐内。 通过埋 地脱水小罐的二次脱水， 使油水分离彻底， 排出的水含油 量低于罐区污水排放标准。 脱水过程可分为四个状态。 状态1 水逐渐沉降， 油水界面升高， 高过上传感器 时， 上下传感器均检测到水信号， 此时脱水仪经设定时间 6 2 EI C V o 1 ． 2 0 2 0 1 3 No ． 1 的延迟后输出信号， 阀门打开， 开始脱水。 状态2 油水界面开始下降， 但位于下传感器之上， 脱 水继续进行。 状态3 油水界面下降到下传感器位置时， 停止脱水并 发出连续声报警。 状态4 待水逐渐沉降， 油水界面上升到上、 下探头之 间时， 停止报警。 而后当水位上升到上传感器时， 回到状态 1 。 这个过程依次从状态1 变化到状态4 ， 再回到状态1 ， 不 断循环。 图1 自动脱水 系统 下传感器遇油时电磁阀或电动阀未能关闭， 或阀门泄 漏， 油水界面将继续下降， 保护传感器检测到油信号。 当出 现这些意外情况时， 系统会强制关闭电磁阀或电动阀， 并 发出间断声报警信号， 提醒操作工到现场检查， 这样就能 有效地防止跑油事故的发生。 2 传感器原理及特点 器 墨旦庄 传感器采用高频反射法， 基本原理是利用不同的介质 对高频电磁波具有不同的波阻抗， 使同一电磁波发射到不 同介质得到不同的反射功率， 从而输出不同的电压信号。 其原理图见图2 。 V 图2 传感器原理图 其中天线直接与被测物质接触， 既作为发射天线， 又 作为接收天线。 传感器正常的输出信号范围为0 ． 2 6 ． 5 V ， 不在此范围 内的信号即为不正常信号。 对于正常的传感器信号， 当信号 小于其对应的基准值时， 称传感器检测到油； 当信号大于 其对应的基准值时， 称传感器检测到水。 脱水控制仪一般 将基准值设为3 ． 0 0 V左右。 3 脱水系统的回路 脱水系统的回路图如图3 所示。 础 _ 丁 ] 网 1 k - 地 信 号 2 2 4 V D C 1 王 _ J 一 i F一 _ _3 j 叶 - 输 出 。 2 4 V ] 上传感器信 直流 号输入 。 2 4 V 上传感器电磁 信号输入阀一 ． 地 撂 尊 秦 茭 高乎 三『] 信 号 5 l 耳 司 24VDC 6 一 乜 一 地 信 号 l_ 一 嗣 ； 一 2 4 VDC 9‘ - - - - - - - - 一 一 l O l l O l 一 蓬 阀 隔膜阀 图3 脱 水 系统 的 回路图 从图3 中可以看出， 脱水控制仪只能提供一路 固定的 2 4 V DC 电源， 负责三支探头及电磁阀的供电， 而且允许的 负载功率较小， 一旦传输线路过长， 则压损太大， 到达现 场的电压只有1 6 VD C 左右。 每当电磁阀打开时， 负载功率 增大， 到达现场的电压就不能保证传感器正常工作， 当然 也就降低了传感器的使用寿命， 特别是变送器板上需要将 2 4 V D C 转换成 5 V DC 为I c 提供电源。 在电压不正常的条 件下， 信号容易飘移， 从而影响脱水效果。 以上存在的问题 需要在改造过程中给予重点考虑和改进。 4改造 方案 自 动脱水控制仪的现场传感器在油、 水介质中能分 别输出0 ． 2 6 ． 5 V 电压。 当传感器输出电压值 3 v时控制仪就判断为 水。 我们对传感器输出电压等级进行了重新定义， 在投用 前分别把传感器放进水中和油品中， 把传感器的电压值调 在1 5 VD C 之间， 规定传感器输出电压≤l V 时判断传感器 检测到油， 传感器输出电压≥3 ． 5 V时判断传感器检测到 水， 同时拟采取以下措施改进目前WB T S V自动脱水系统 存在的以下问题 1 针对电磁阀打开时负载功率增大影响隔膜阀开关 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 日廛 日 的开度而影响脱水效果的情况， 在方案设计中采用增加继 电器驱动方式来解决， 通过P L C 的D O 输出经继电器驱动直 接控制隔膜阀的开关， 以保证隔膜阀动作正常， 达到最佳 脱水效果。 2 三支传感器分别用2 4 V D C 电源单独供电， 以确现场 保传感器的工作电压正常， 保证传感器长周期稳定工作。 3 采用P L C 控制脱水过程描述如下 当储罐 内油品中的积水经进水管进入油水分离器 后， 在储罐原油压力的作用下， 水位逐渐上升。当水位上 升接触到报警传感器时， 报警传感器输出电压 i3 ． 5 v 电 压， 水位继续上升； 当下传感器接触到水时， 下传感器也 输出i3 ． 5 V的电压； 当上升的水位到达上传感器时， 上传 感器同样输出≥3 ． 5 V电压， 此时， P L C 接受到三支传感器 均13 ． 5 V的电压信号， 逻辑判断满足为开阀条件， tJ P L C 输 出一个开阀信号至电磁阀， 电磁阀动作打开隔膜阀开始脱 水 ， 人机界面指示为 “ 脱水”。 当水位下降至上传感器时， 上传感器检测到≤1 V 电压时， P L C 逻辑判断继续输出开阀 信号， 直到下传感器检测到≤1 V电压时； 此时， P L C 切断电 磁阀电源， 气开阀失电关闭， 人机界面指示为 “ 关阀” 。 这 样， 使油水分离器内的水始终控制在下传感器与报警传感 器范围内， 确保 自动脱水控制仪不会脱油。 在自动脱水过 程中， 分离器内的油经回油管反复被压回储油罐。 当三个传感器的任何一个传感器出现故障或连接电 缆短路及开路故障， P L C 将无条件关阀， 阀门的控制状态为 “ 关”， 所对应的传感器故障报警。 当分离器 内油水分层不清 油包水、 水包油 时会导 致P L C 逻辑上判断为传感器故障， P L C 将无条件关阀， 阀门 的控制状态为 “ 关”， 所对应的传感器故障报警。 若上传感器、 下传感器、 报警传感器任一支传感器出 现故障时， 经P L C 处理后， 无条件切断电磁阀电源， 迫使气 动隔膜阀关闭， 同时人机界面指示相应的传感器故障。 5 脱水逻辑 脱水逻辑见下页图4 。 6 P CS 7 系统介绍 S I MA T I C P C S 7 t2 1 是西门子公司在T E L E P E R M系列集 散系统和s 5 、 s 7 系列可编程控制器的基础上， 结合最先进 的电子制造技术、 网络通讯技术、 图形及图像处理技术、 现场总线技术、 计算机技术和先进自动化控制理论， 面向 所有过程控制应用场合的先进过程控制系统。 在全集成自 动化的环境下， 采用统一的自动化平台实现对整个工厂的 自动化控制和管理。 全集成 自动化方案就是用一种系统完 成原来由多种系统搭配起来才能完成的所有功能。 应用 这种解决方案， 可以大大简化系统的结构， 减少了大量接 口部件。 应用全集成自动化可以克服上位机和各工业控制 器之间、 连续控制和逻辑控制之间、 集中与分散之间的界 限。同时， 全集成自动化解决方案还可以为所有的自动化 应用提供统一的技术环境， 基于这种环境， 技术人员可以 在同一个平台下对所有应用进行组态和编程。 EI C V _0 1 ． 2 0 2 01 3 No ． 1 6 3 日廑旦塞 日 上 传 感 器 为 水 卜 _ 一 开 阀 脱 下 传感 器为 水 卜 一 与 水 报警 传 感器为 水卜 _ 一 开 阀 脱 水 I 开 阀 下传 感器 为 水 1 与 脱 水 报警传感器为水 开阀 脱水 一 关 阀 l 下 传 感 器 为 油} 一 与 不 脱 水 f 报 警 传 感 器 为 水『 一 上传感器为水I 阀不脱 下 传 感 器 为 油 l 与 圭 箜 报 警传感 器为 油l 上传感器为水 }关阀不脱 l7 K， 下 传 下传感器为油 与 感器故障 报警传感器为水 上传感器为水1 关 阀 不 脱 水 ， 报 下传感器为水 r _ ～ 与 警 传 感 器故障 报警传感器为油r _ 上传感器为油 卜 _ 一 下 传 感器为 油 卜 _ 一 与 报 警传 感器为 油卜 _ 一 上传感器故障J 关 阀 不 脱水， 报 下 传 感 器 故 障卜 - ～ 与 警传感 器故障 报警 传感 器 故 障 I 图4脱水 逻辑 图 7 3 罐区P L C 系统硬件配置 该套系统中C P U、 电源、 通讯卡为冗余配置。 P L C 系统 总线采用西门子公司生产的1 0 0 M工业以太网环网， 网络 交换机采用S C A L AN C E X 2 0 4 2 构成冗余通信网络。 I ／ O 从 站与主站的通信采用P R O F I B U S 网络。 I ／ 0卡件均支持热插 拔， 所有的I ／ 0 点都留有1 5 ％以上的裕量空间。 见图5 。 8 实现方法 G 3 0 3 、 G 3 0 7 信号接人中燃罐区现场控制站E T 2 0 0 Ml3 】 ， E T 2 0 0 M 分布式I ／ O 站通过P R O F I B U S D p N 现场总线与A s 一 4 0 0 中央控制器进行实时通讯。 它采集现场I ／ O 信号， 通过 信号接口模块将现场数字量或模拟量信号传送到中央控 6 4 EI C V0 1 ． 2 0 2 0 1 3 No ． 1 器 麦 制站， 同时将中央控制器发送来的控制信号送至现场。 I M1 5 3 2 通讯接口模块或S M系列I ／ 0 信号接口模块都安装 在一个配有有源总线模板的机架上， 有源总线模板具有 “ 插入／ 取出” 特性， 使得E T 2 O 0 M分布式I ／ O 站的每个模块 能够在系统运行过程中带电热插拔更换。 琢 撮 ； f 褒 ； C P 1 6 1 3 c p l 6 l C p 1 6 1 1 1 “ 1[ m tl C P I 6 1 3 c P l 6 l ， 嚼 l 曩 n} i 黥 H l ET l 2 0 0 ME T 2 0 0 M l } 高 } i 霉 1 2 灌区 圈5 3 罐区系统配置图 冷水 回 P I C 模拟量输入模块S M3 3 1 的参数 呵 以在HW C o n f i g 中 设 置。 S M3 3 1 的属性设置包括G e n e r a l 、 A d d r e s s e s 、 I n p u s 一 项。 在G e n e r a l 中有对模板信息的描述。 在A d d r e s s e s 中定义 该模板各通道在系统中的I ／ 0地址， 在程序中可以用P I W 的方式访问， 如P 1 w2 1 8 。 在I n p u t s 中包含诊断中断、 硬件叶 1 断、 断线检测、 测量类型、 测量范围、 量程卡等。 把测量类 型设置为E ， 测量范围修改为1 ～ 5 V 。 9 结束语 G 3 0 4 、 G 3 0 7 t I 动脱水系统 1 2 0 0 9 年改造投用以来， 脱 水探头故障率大幅度降低， 脱水过程稳定可靠， 油罐脱水 充分， 排出的水中含油量低， 没有发生跑油事故， 能有效降 低维护成本， 减轻了操作工的劳动强度。 G 3 0 4 、 G 3 0 7 自动脱水系统通过技术攻关并借助蜡油 罐区常规仪表隐患治理的机会成功实现了油罐自动脱水功 能， 无疑找到了一条解决油罐自动脱水的捷径， 一举解决 了高人力、 高危险、 难管理的油罐脱水的问题， 对广州分公 司的油罐脱水自动化有积极意义。 有待改进的地方是选用 脱水探头要选用质量好、 对油水分辨比较敏感且输m信号 为4 ～ 2 0 m A的传感器， 脱水阀需选用带回信开关的气开式 阀门， 电磁阀选用低功耗电磁阀。口 参考文献 f 1 1 陈宇， 段鑫l可编程控制器基础及编程技巧f M1 广 州 华南理工火 学出版社， 2 0 0 2 l 一 1 0 【 2 】 皮壮行， 宫振鸣， 李雪华，等 可编程控制器的系统设计与应用实例 [M】 北京 机械工业出版社， 2 0 0 1 1 2 2 7 [ 3 ] 陈在平，赵相宾 可编程序控制器技术与应用系统设计 I M1 北京 机械工业出版社， 2 0 0 3 2 3 6 2 3 7 【 4 ] 柴瑞娟 承志孙 书芳I等 西I、q -T - P L C高级培训教程【 M1 北京 人 民邮电出版社，2 0 0 9 1 8 4 2 I 5 【 5 ] 张 运刚， 宋小春 ，郭武强． 从入门到精通一西门子s 7 3 0 0 ／ 4 0 P L C 技术与应用[ MI 北京 人民邮电出版社， 2 0 0 9 3 8 8 - 3 9 1 作者简介黄现文 1 9 6 7 一 ， 男， 工程师， 从事仪表设备及技术管理 作。 收稿日期 2 0 1 2 - 0 8 1 0