基于GMR系统的PLC在F＆G系统中的应用.pdf

信息技 术及应 用 石 油 化 工 自 动 化 ，2 0 0 9 ，6 5 1 AU T M ATI N I N P ETR CHEM I CAL 1 NDU S TRY 基 于 GMR系统 的 P L C在 FG系统 中的应用 刘 沛雨 天津协力 自动化工程有 限公 司 工程部 ， 天津3 0 0 3 8 4 摘 要 火灾和气体保护系统 F 8 L G 在消防 、 安全 、 工业过程 控制 等领域 中已经得到了广泛的应用。采用 GMR系统 ， 设计 基于 P L C技术的 F G 临控系统 ， 利用 P I C中以太网通讯模块实现 了 P L C和控制 中心人机界 丽的通信 ， 并使 用组态软件 编制 』 位机的控制界面 ， 实现 以 P I C和组态软件构成 的监控 系统对 油气 田的消防 自动监控 和联动控 制。系统达到 了操 作方便 、 性 能稳定 、 自动化程度较高 的控制效果 。 关 键 词 冗余冗错控制 系统 ； 火灾和气体保护系统 ； 可编程逻辑控制器 ； 组态软件 中 图分 类 号 TP 2 7 3 文献 标 志 码 B 文 章 编 号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 0 9 0 6 0 0 5 1 0 3 The Ap pl i c at i o n o f t he PLC Sy s t e m Ba s e d o n t he GM R S y s t e m i n t he Fi r e Ga s S y s t e m Li u Pe i yu Th e Ti a n j i n g I n d u s t r i a l Au t o ma t i o n En g ． C o ．I t d ．En g ．De p a r t ． ，Ti a n j i n g，3 0 0 3 8 4 ，Ch i n a Ab s t r a c t Th e F i r e Ga s c o n t r o l s y s t e m FGh a s b e e n wi d e l y u s e d i n t h e f i r e c o n t r o 1 ，s a f e t y a n d i n du s t r i a l pr o c e s s c o nt r ol e t c ． f i e l d．I t i s de s i gn e d ba s e d o n PLC t e c hn o l o g y a nd a do pt e d GM R s ys t e m ． The Et he r ne t ne t wor k mod ul e i n PI C i S us e d t o r e a l i z e t h e c o mm un i c a t i o n b e t we e n PLC a nd HM I 。t he c o nf i gur a t i o n s o f t wa r e i s u s e d t o c ompi l e c on t r ol i nt e r f a c e of u ppe r p os i t i o n ma c h i ne ．I t ha s r e a l i z e d t he a ut o ma t i c mon i t o r i ng a nd c on t r ol by t he m o ni t or i n g s ys t e m c on s i s t e d b y PI C a nd c o nf i gur a t i on s o f t wa r e ． Th e s y s t e m i s e a s y o pe r a t i on，s t a bl e pe r f or ma nc e，hi gh a u t oma t i c c o nt r o l l e v e 1 ． Ke y wo r d s GM R；FG；PI C；c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e 1 引 言 迪 那 2气 田位 于 阿克 苏 地 区 库 车县 和 巴音 郭 楞 蒙古 自治 州 轮 台县 境 内 ， 探 明天 然 气 地 质 储 量 1 ． 7 5 2 1 0 m。 ， 凝 析 油 1 3 ． 3 8 Mt ， 是 中 国 目前 发 现 的最 大凝 析 气 田。该 气 田是 继 西 气 东 输 工 程 最 大 的 主力气 田 克 拉 2气 田之 后 ， 新疆 塔 里木 盆 地 投产 的又 一个 天 然 气 储 量 超 千 亿 立 方 米 的 大 气 田 。该 气 田 2 0 0 8年 3月 开 工 建设 ， 建 设 项 目分 为 气 田内部集输、 中央处理厂、 外输 、 供电线路 、 公寓 、 伴 行 道路 等 六 大 单元 ， 设计 总井 数 3 3口。油 气 处 理 厂建 成 后 ， 可 年 产 天 然 气 51 0 m。 ， 油 气 当 量 达 到 4 ． 5 6 Mt 。该 气 田地 质构 造 复 杂 ， 属 典 型 异 常 高 压气 藏 ， 是 塔 里 木 油 田已 开发 气 田 中压 力 最 高 、 开 发难度 最 大 的气 田之一 。 2 GMR系统 组 网方 案 GE F a n u c 公 司面 向紧 急停 车 系统 E S D 和火 灾 气体保 护 系 统 F G ， 开 发 了一 套 三 重 化 的冗 余控 制 系统 解决 方 案 ， 即 Ge n i u s总 线 模 块 式 冗 余 冗 错 系统 GMR 。它 由 C P U 和 Ge n i u s输入 输 出 模 块及 其 他 系列 的部 分模 块组 成 ， 其 配 置方案 可 根 据系统 规 模进 行灵 活 的扩 展 ， 它允许 用 户根据 流程 风险 降 低 的 程 度 来 改 变 系 统 的冗 余 级 别 。GMR 达到 了 T UV 六级 认 证 标 准 ， 该 工 程 选 择 G MR 系 统 作 为整个 工 程 的火灾 与 气体保 护 系统 ， 实现 了该 气 田建 设 工程 的 火 灾 与气 体 检 测 系 统 的 自动 监控 和联动 控 制 ， 达 到 了较好 的效果 。 该 系统 采用 双 重 化 网络结 构 ， 如 图 1所 示 ， 系 统 配置 工程 师 站 ， 用 于 系统监 视 、 日常维 护 、 修改 程 序 ， 并且 兼作 S OE站 ； 打 印机 ， 用 于 打印 报警 ； 下 位系统配置为双重化 C P U， 双重化以太网 ， 双重化 Mo d b u s网 络 与 DC S 实 现 通 讯 功 能 ， 双 重 化 收稿 日期 2 0 0 9 0 9 0 1 修改稿 。 作者简介 刘沛雨 ， 女 ， 满族 ， 内蒙古人 ， 2 0 0 2年毕业于 内蒙古 大学 自动化 专业 ， 在天津 市协力 自动化 工程 有限公 司 长期 从事 自 动化系统编程和调试工作 ， 任工程师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工 自动化 Ge n i u s I O 网络 ， 双重化 AI ， 双重化 D I ， 双重化 DO 容错 型 。 由于 G MR系统 的硬 件 采 用 了 物 理 上无 耦 合 设计和分离式结构电路保护， 因此当出现硬件故障 时 ， 该系统 不会 影 响操 作 ， 而 且 允许 在 不 中断 系统 运行的情况下对其实施维修和更换部件 。 DI Df D0 D0 图 l GMR 系统 网络 示意 3 硬 件 配置 该系统 硬件配 置 如下 。 a 控 制系 统 上 位 系 统包 括 工程 师 站 和打 印 机 ； 下 位 系 统 包 括 机 柜 4台， 内装 电 源 、 主 机 架 、 I ／ 0模块等 。 b 现 场报 警 设 备 可 燃 气 体 探 测 器 催 化 燃 烧式 、 红紫外火焰探测器和防爆手动报警按钮等。 c 现场 联动设 备 消防泵 3台 、 泡 沫泵 3台和 雨淋 阀组等 。 P L C的接线 结构 如 图 2所示 。 P L C 可燃 气体 探 测 器 火 焰探 测 器和 手 动报 警 按钮 消防 泵 和 雨淋 阀启 动信 号 图 2 P LC 的 接 线 结 构 4 F G监控 系统软 件设计 4 ． 1 P L C软件 设计 火灾与气体检测报警部分由火焰探测器、 可燃 气体探测器和手动报警按钮完成 ， 并将火警信号传 至 P L C中 ， 消防泵 和 阀门的控 制方式 采 用远 程手 ／ 自动控制和就地手动控制两种 。在控制消防给水 泵 的过程 中 ， 一旦 消 防 给 水管 线 压 力 过低 ， 程 序 会 自动启 动消 防给水 泵 。 根据 消 防泵站工 艺流程 ， 得 出如下 的消 防泵和 阀门的控制 策 略 。 a 选择 消 防泵 和阀 门的控 制方 式 ， 远 程 手／ 自 动控制 和就 地手动 控制 。 b 一 旦发 现火情 ， 经 人工确 认后 ， 启 动相 应 消 防泵和 阀 门。 c 灭 火完 毕后 ， 手动 复 位 ， 停 喷 淋泵 ， 泡 沫泵 ， 关 闭相应 的 阀门 。 P I C编 程原 则 以 消 防 泵 站 工 艺 流 程 为 依 据 。 P I C程 序编程 软件选 用 P r o f i c y ME， 硬 件 配置 、 模 拟量 、 开关 量 的地址 分 配 都 在该 编程 软件 中完成 。 P L C程 序 首 先 进 行 初 始 化设 置 ， 然后 进 行 数 据 采 集并处 理 ， 从 而 进 行 控 制 操 作 。程 序 流 程 如 图 3 所 示 。 4 ． 2 上 位机 软件 设计 上位 机监 控组 态软 件选 用 C i mp l i c i t y 6 ． 1组态 软 件 ， 安 装 在 操 作 员 站 上 ， 软 件 点 数 为 单 用 户 1 5 0 0点 。 软件 为 多用 户 监 控 与数 据处 理 提供 了一个 高 速信息处理的平台。它使用了各种通讯方法来收 集 用于设 备管 理 和逻辑错 误 的实时数 据 ， 并 实现历 史数 据 分析 。该 软 件 除 了具 有 工 业监 控 的动 态流 程 画面 开 发 ， 实时 、 历 史趋 势 曲线显 示 ， 实 时 、 历史 报警处理 ， 报表制作等常规功能以外 ， 还可以从单 工作站扩展到全厂范围内的监视与控制 ， 并支持单 重化系 统 、 双 重化 和三重 化 配置 。通 过组 态软 件用 生动 的图形界 面 、 逼真 的动 画效果来 描述 实际工 程 问题 ， 从 而实现 精确 地监 视及控 制设 备 的过程 。在 用户 窗 口中 ， 通 过 对 多种 图 形 对象 的组 态设 置 ， 建 立相 应 的动画连 接 ， 用 清 晰生动 的画 面反 映 阀及泵 的控 制过程 。 根 据现 场操作 过程 及系统 要求 ， 上位 机监控 组 态 软件 具有如 下功 能 。 a 控 制 功 能 对 于消 防给 水 系统 ， 既 可就 地 启 、 停消 防给水泵 ， 又 可在 中控 室控制 。 b S OE顺 序事 件记 录功能 可将 所有 的报 警 信 息及 操作 事件 全 部记 录 下来 ， 并 自动 转存 至 S 0E站 内的硬盘 中 。 c 诊断功能能 自动监测和诊断现场仪表设 备 ， 发现故 障 时 自动 报警 。 d 模 拟显 示功 能 通 过模 拟 画 面显 示 阀 门开 关 、 管 网压 力 、 厂 区 内各 个单 元报 警情 况等 。 e 数据检索功能可 以检索和打印现场仪表 设备故障信息和报警信息等。 ” 报警功能出现火情时发出声光报警信号。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 刘沛雨． 基 于 GMR系统 的 P I C在 FG系统 中的应用 图 3 P LC 消 防 灭 火 原 理 5结 束语 版社， 2 0 0 2 该 系统 较 好 地 完 成 了监 控 要 求 ， 实 现 了基 于 金以慧 过程控制[ M ] 北京 清华大学出版社， 1 9 9 3 1 4 0 1 4 4 GMR的 P I C在火灾与气体检测 系统 中的工程应 。孙增圻 智能 控制理 论与 技术[ M ] 北京 清 华大学出 版 社， 。 用 ， 具 有 较 高 的 推广 价 值 。经过 现 场 调 试 运行 ， 系 工过程控觚 Ⅲ 北 化学耻出版 统 对 阀门状 态 和管 网压力 等数 据采集 迅 速可 靠 ， 控 5 谢家敏 ，李 东．F ＆G系统在 s E c c 项 目中的应用 [ 刀．石油 制命 令下 达 后 1 S内 消 防泵 和 阀 门 即 可 进 行 可 靠 化工自 动化， 2 0 0 4 ， 6 4 6 4 8 动作 。因此 该 系 统 具 有 可 靠 性 高 、 实 时 性 好 等 特 6 黄珊珊． 石油化工装置可燃气体和有毒气体报警系统设计体会 点 ， 较好 地满 足 了现 场要 求 。 [ 刀 ． 石 油化工自 动化， 2 0 0 7 ， 4 3 5 2 0 2 2 参考文献 7 刘景辉 ， 李俊丽．火气系统论 述E J ] ． 石 油化工 自动化 ， 2 0 0 8 ， 4 4 1王 ] 丁 兵 ． 可 编 程 序 榨 制 器 原 珲 及 麻 用 r M] ．] E京 机 械 工 、 『 出 5 4 4 上 接 第 3 1页 4 结束 语 a 阐述 了超 前一 滞后 补 偿 型前 馈 控 制 器 的两 种设计 方 法 ， 并 以锅 炉 汽温 控 制系 统为 例进 行 了试 用 ， 展 示 了所述 方 法 的有效 性 和鲁 棒性 。 b 前馈 控制 器设 计 的模 型 计 算 法 的 特点 只 要被控 过 程和 扰动 过程 的模 型 已知 ， 前 馈控 制器 的 参 数 直接 算 出 ， 简单 易 行 。前馈 控 制器 设计 的现场 整定 法 的特点 在 未 知 对 象 模 型 时 可 通 过 现 场 试 验整定前馈控制器参数 ， 实用性强 。 c 两 种方 法所 设计 的前馈 控 制 器 在锅 炉 汽 温 控 制 系统应 用 的结 果 是 有 效 的和 具 有 较 好 的鲁 棒 性 。都 可有 效减 小 正动 态偏 差 ， 但也 增 大 了负动 态 偏 差 ， 总 的效 果 不够 显 著 。在实 际应 用 中 ， 负 动 态 偏 差大 一些 是 允许 的 ， 所 以仍 具 有应 用 价值 。 d 对 锅 炉汽 温前 馈控 制 的需 求 是 高 阶超 前 补 偿 环节 ， 而 所设 计 的超 前一 滞后 补偿 型前 馈 控制器 只是一 阶的 ， 所 以未 能 得 到 显 著 的 性 能改 善结 果 。 因此 有 必要 研 究 高 阶的超 前 ～滞 后 补 偿 型 前馈 控 制器 的设计 方法 。 参考文献 1 杨平 ， 翁思义 ， 郭平． 自动控制原 理 理论篇 [ M3 ． 北京 中 国电力出版社 ， 2 0 0 9 2 翁维勤 ， 周庆海． 过程控制 系统及工 程[ M3 ． 北 京化 学工业 出 版社 ， 1 9 9 6 3 范永胜 ， 徐治皋 ， 陈来九．基于动态特性机理分析的锅炉过热汽 温 自适应模糊控制系统研究 [ J ] ．中国 电机工程 学报 ，1 9 9 7 ， 1 1 2 32 8 4王国玉 ， 王东风 ， 韩璞 ， 等．具有对 负荷变化 前馈补偿 的过 热 汽系统预测函数控制E J 3 ．计算机仿真 ， 2 0 0 3 ， 2 0 2 1 0 3 1 0 6 5 王冉 英． 超前前 后 动态前馈补偿器参数 整定[ J ] ．煤矿 自动化 ， 1 9 9 9 ， 1 1 11 3 6 刘 振东 ， 梁秀满 ， 姚 征 ．直流炉主 汽温前馈 补偿 [ J 3 ．河北 理 工学院学报 ， 2 0 0 2 ， 2 4 2 1 0 0 1 0 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m