1、引言

在石油行業(yè)的原油管道輸送過(guò)程中,各企業(yè)之間需要進(jìn)行原油交接,因此流量計(jì)使用比較廣泛。而計(jì)量精度則是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù),它關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和信譽(yù)。近年來(lái),隨著工業(yè)控制技術(shù)的飛速發(fā)展,可編程控制器(PLC)廣泛進(jìn)入工控領(lǐng)域,并增加了一些專用控制功能,例如PID調(diào)節(jié)功能、伺服功能、高速計(jì)數(shù)(HSC)功能等,又具有較高的可靠性,使得利用PLC實(shí)現(xiàn)原油自動(dòng)計(jì)量就成為可能。為此,我們利用工業(yè)計(jì)算機(jī)(IPC)和PLC構(gòu)成新型的集散式原油自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)。此系統(tǒng)可通過(guò)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至控制中心。

此項(xiàng)目已在魯寧長(zhǎng)輸管線的數(shù)處計(jì)量站應(yīng)用成功,在測(cè)量精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性、工作效率、可靠性及可操作性等方面,取得了良好的標(biāo)定效果。

2、系統(tǒng)工作原理與硬件配置

2.1控制系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。運(yùn)用管道輸油時(shí),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制室PLC打開(kāi)/關(guān)閉相應(yīng)的電動(dòng)閥,進(jìn)行流程切換,使相應(yīng)的流量計(jì)投入運(yùn)行。由流量計(jì)發(fā)信器將脈

沖傳遞到PLC,PLC利用高速計(jì)數(shù)模塊采集流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù),并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的容積值。同時(shí),PLC將實(shí)時(shí)采集流體的壓力和溫度(分別由壓力變送器和溫度變送器提供),所有數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)送入上位IPC,IPC結(jié)合流體實(shí)時(shí)壓力、溫度值調(diào)用原油計(jì)量表數(shù)據(jù)庫(kù),將測(cè)得的累積量值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(20℃,101325Pa)的累積量值,并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在IPC的硬盤上。而且,IPC可以驅(qū)動(dòng)打印機(jī)打印出計(jì)量報(bào)告。

2.2控制系統(tǒng)的軟、硬件配置

控制系統(tǒng)主要由一次設(shè)備、二次設(shè)備以及控制體和軟件構(gòu)成。一次設(shè)備主要包括壓力表、溫度計(jì)、流量計(jì)等;二次設(shè)備主要包括溫度變送器、壓力變送器、脈沖發(fā)信器、電動(dòng)閥等;控制體主要包括PLC、IPC(配置網(wǎng)卡)、打印機(jī)、集線器及應(yīng)用軟件等,參見(jiàn)圖1。

2.2.1硬件部分

(1)IPC:為保證系統(tǒng)的高度可靠性,選用了目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的DellGX260型計(jì)算機(jī)。具體配置為:PⅢ1.7GHzCPU、256MB內(nèi)存、40GB硬盤、SONY21英寸純平顯示器、64MB顯卡、聲卡及音箱(報(bào)警和提示用)等。

(2)PLC:選用美國(guó)Rockwell公司的A2BPLC作為系統(tǒng)的控制核心,其特點(diǎn)是可靠性高、功能強(qiáng)、可擴(kuò)展性好。具體配置如下:CPU為17472L551B(內(nèi)置以太網(wǎng)通信口);模擬量輸入(AI)模塊選用17462NI4,它具有4個(gè)高電平模擬輸入端,可輸入4mA～20mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),12位A/D轉(zhuǎn)換精度,具有輸入超調(diào)監(jiān)控功能和測(cè)量濾波抗干擾功能;模擬量輸出(AO)模塊選用17462NO4I,它有4個(gè)模擬輸出端,無(wú)需外部電源,可輸出各種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),包括0mA～20mA、4mA～20mA、±10V等信號(hào);開(kāi)關(guān)量輸入(DI)模塊選用17462I×16,它具有單端隔離的16路24VDC輸入,所有的輸入均配有濾波器,能夠保證最大0.1ms的抗擾性,濾除線電源干擾;開(kāi)關(guān)量輸出(DO)模塊選用17462O×16,它具有8路繼電器輸出,內(nèi)部提供過(guò)載和短路保護(hù),并具有通道故障自診斷功能;HSC模塊選用17462HSCE,可計(jì)數(shù)最大頻率為40kHz的脈沖,實(shí)現(xiàn)向上計(jì)數(shù)、向下計(jì)數(shù)或向上/向下計(jì)數(shù)。

(3)網(wǎng)絡(luò)功能:根據(jù)設(shè)計(jì)中現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視的要求,在每臺(tái)IPC中各配置了1塊網(wǎng)卡,PLC與IPC之間、IPC與IPC之間采用抗干擾能力較強(qiáng)的五

類屏蔽雙絞線建立以太網(wǎng)?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量間距離調(diào)度室較遠(yuǎn),在線路中間加入了3COM公司的8通道高速集線器,以保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。

(4)流量?jī)x表:采用日本OVAL公司的UF2Ⅱ型轉(zhuǎn)子流量計(jì),它具有精度高、流量范圍寬、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)部分配有不歸零計(jì)數(shù)器和調(diào)整器,流量轉(zhuǎn)換和變送部分為OVAL公司的PG30EP型脈沖發(fā)信器。

(5)溫度壓力儀表:溫度變送器及壓力變送器均能夠提供4mA～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

(6)電動(dòng)閥:可通過(guò)直流24V的開(kāi)關(guān)量輸出,控制電動(dòng)閥的全開(kāi)或全關(guān),同時(shí),電動(dòng)閥提供無(wú)源的位置信號(hào)輸出和狀態(tài)信號(hào)輸出。

2.2.2軟件部分

系統(tǒng)的軟件主要包括平臺(tái)軟件、PLC編程軟件和IPC組態(tài)軟件。

(1)系統(tǒng)平臺(tái)軟件:采用Windows2000作為系統(tǒng)平臺(tái),設(shè)置了系統(tǒng)密碼和操作員指令,屏蔽了軟件的某些功能,以限制系統(tǒng)的操作,防止非法用戶進(jìn)入系統(tǒng)。

(2)PLC編程軟件:采用A2B公司的Rslogix500,它是一個(gè)基于Windows環(huán)境的編程軟件套件,專供A2B500系列PLC使用,支持梯形圖(LD)、指令語(yǔ)句表(IL)、順序功能圖(SFC)等多種語(yǔ)言模式,具有在線編程、診斷和在線仿真調(diào)試等功能,可支持以太網(wǎng)以及DF1FullDuplex、DH485、DF1HalfDuplexMarster/Slave等通信協(xié)議或通信總線。

(3)IPC組態(tài)軟件:選用澳大利亞西亞特公司著名的工控軟件Citect5.0,該軟件可運(yùn)行于WindowsNT/2000平臺(tái),具有采樣速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn),組態(tài)方便,報(bào)警方式多樣,實(shí)時(shí)、歷史趨勢(shì)曲線制作簡(jiǎn)單,能夠與其它應(yīng)用軟件例如VB、VC、VF、Excel等實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鏈接,靈活、方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)用和報(bào)表打印。

3、控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向及軟件流程

3.1數(shù)據(jù)流向

(1)PLC通過(guò)模擬量輸入模塊讀取現(xiàn)場(chǎng)溫度和壓力數(shù)據(jù)(標(biāo)準(zhǔn)4mA～20mA信號(hào)),按儀表量程的不同,經(jīng)程序運(yùn)算轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的工程量單位;通過(guò)高速計(jì)數(shù)模塊讀取流量計(jì)的脈沖信號(hào),由主程序調(diào)用計(jì)量子程序,按照脈沖流量比計(jì)算出流量的瞬時(shí)值和累積值;通過(guò)控制開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊電動(dòng)閥的開(kāi)關(guān),來(lái)自動(dòng)切換流程。

(2)IPC利用通信模塊從PLC中讀取數(shù)據(jù),將其

記錄到本機(jī)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中,應(yīng)用程序讀取并顯示現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及流量的瞬時(shí)值和累積值;同時(shí),PLC也通過(guò)通信模塊讀取和執(zhí)行IPC的操作指令。

(3)PLC將采集和計(jì)算得到的被檢流量計(jì)各項(xiàng)參數(shù)傳輸?shù)絀PC,IPC結(jié)合流體實(shí)時(shí)壓力、溫度值,調(diào)用原油計(jì)量表數(shù)據(jù)庫(kù),將測(cè)得的累積量值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的累積量值,由IPC調(diào)用Excel報(bào)表系統(tǒng)進(jìn)行記錄,驅(qū)動(dòng)打印機(jī)自動(dòng)打印出計(jì)量報(bào)表。

3.2軟件流程

軟件流程如圖2所示。

根據(jù)以上推導(dǎo)結(jié)果畫(huà)出邏輯圖如圖4所示

綜上所述,在實(shí)現(xiàn)優(yōu)先編碼器的功能擴(kuò)展時(shí)(以T4148為例),設(shè)計(jì)方法可歸納為:最高位片的使能輸入端作為總的使能輸入端,最低位片的使能輸出端作為總的使能輸出端,相鄰兩片之間,高位片的使能輸出端接入低位片的使能輸入端,總的擴(kuò)展端?YEX為各片的擴(kuò)展端邏輯“與”,總的代碼輸出中,低3位(Z2,Z1,Z0)為各片輸出Y2、Y1、Y0邏輯“與”,高位輸出端必須利用擴(kuò)展端YEX來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)用4片T4148組成32線-5線優(yōu)先編碼器時(shí),可按表4所示,列出擴(kuò)展端與高位代碼輸出的真值表。

4、結(jié)束語(yǔ)

雖然本文討論的是優(yōu)先編碼器的擴(kuò)展設(shè)計(jì)方法,但是對(duì)于其它邏輯功能部件的擴(kuò)展,也可依照同樣的思路進(jìn)行。