PLC在閥門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1. 引 言

　　可編程控制器（Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）作為工業(yè)控制專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良，抗干擾性能好，可靠性高，編程簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，在機(jī)械、化工、橡膠、電力、石油天然氣等行業(yè)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)已日趨廣泛地得到應(yīng)用，成為工控現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的最主要的控制裝置。同時(shí)利用PLC所具有的串行通信和計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程通信功能，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)多臺(tái)PLC控制裝置的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。

　　在石油、天然氣遠(yuǎn)程輸送管線(xiàn)上，大口徑油氣管道閥門(mén)是重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，具有截止、開(kāi)啟、配送和調(diào)壓等多種功能，一旦出現(xiàn)故障輕則影響管線(xiàn)的輸送功能，重則導(dǎo)致管線(xiàn)的嚴(yán)重破壞甚至造成人生安全，因此對(duì)油氣管道及閥門(mén)的全程狀態(tài)監(jiān)控顯得尤為重要。遠(yuǎn)程油氣管道監(jiān)控系統(tǒng)就是為提高油氣遠(yuǎn)程輸送的安全可靠性而提出來(lái)的，該系統(tǒng)允許系統(tǒng)操作員通過(guò)位于監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)終端，進(jìn)行對(duì)一定區(qū)域的閥門(mén)站進(jìn)行遠(yuǎn)程，具有較高的可靠性和運(yùn)行效率。

2. 監(jiān)控系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

　　遠(yuǎn)程油氣管線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成示意圖如圖1所示。該系統(tǒng)是以PLC作為遠(yuǎn)程控制終端，以工控PC機(jī)作為上位機(jī)的主從式一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，采用串行異步通訊協(xié)議。下位機(jī)PLC安裝在各閥門(mén)站，根據(jù)上位機(jī)的指令或自身的控制程序控制閥門(mén)的開(kāi)啟或關(guān)閉，并配置各種傳感器等輔助設(shè)備，組成數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。上位機(jī)安裝于油氣調(diào)度控制中心，以半雙工輪詢(xún)方式同各閥門(mén)站PLC通訊，以此形成SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控）系統(tǒng)。無(wú)線(xiàn)數(shù)傳電臺(tái)采用透明方式工作，只起數(shù)據(jù)傳輸作用，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)采用同一頻率，通訊時(shí)，站點(diǎn)的識(shí)別是通過(guò)PLC的不同地址編號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　各閥門(mén)站采用PLC作為系統(tǒng)的基本RTU單元，完成各種測(cè)量和控制任務(wù)，主要由PLC本體、AD轉(zhuǎn)換模塊、傳感器組與智能驅(qū)動(dòng)裝置四部分組成。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

　　2.1 閥門(mén)電機(jī)主回路

　　圖2為閥門(mén)電機(jī)主回路及PLC外部端子回路示意圖。三相交流電動(dòng)機(jī)M分別由交流接觸器KMO和KMC的通斷來(lái)驅(qū)動(dòng)閥芯順、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的開(kāi)啟或關(guān)閉。

圖2 閥門(mén)電機(jī)住回路及PLC外部端子回路示意圖

　　2.2 PLC外部端子回路

　　系統(tǒng)選用三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的FX2N-32MR作為RTU單元。智能驅(qū)動(dòng)裝置是引進(jìn)美國(guó)Limitorque技術(shù)的SMC多回轉(zhuǎn)型閥門(mén)電動(dòng)裝置，它可以單臺(tái)控制，也可集中控制，可現(xiàn)場(chǎng)操作，也可遠(yuǎn)程控制，除能驅(qū)動(dòng)閥門(mén)動(dòng)作外同時(shí)還能將自身的狀態(tài)以標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的方式送出供PLC進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)。考慮閥門(mén)站兼有就地和遠(yuǎn)程兩種控制方式，PLC共管理12路輸入信號(hào)和8路輸出信號(hào)。其輸入輸出信號(hào)及端子分配如表1所示。

表1 PLC輸入/輸出信號(hào)及端子分配表

　　2.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊

　　A/D轉(zhuǎn)換模塊選用與PLC本體配套的FX2N-4AD，其有四路獨(dú)立的差分輸入通道。每個(gè)通道可選擇為電流型（±20mA）或電壓型（±10VDC）信號(hào)輸入。在每個(gè)閥門(mén)站管線(xiàn)或閥門(mén)的適當(dāng)位置裝上溫度、壓力和流量傳感器，以采集油氣管線(xiàn)的工作狀態(tài)。參數(shù)信號(hào)經(jīng)傳感器變送后分別與FX2N-4AD各獨(dú)立通道相連，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后放到相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中，供PLC程序定時(shí)讀取。