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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
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