李文皓，劉 靖

(中海石油(中國)有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300457)

0 引 言

隨著海洋石油事業(yè)的飛速發(fā)展，海上采油平臺人員流動性顯著增強，但問題隨之而來：新員工普遍存在理論知識豐富，但與生產(chǎn)實際有不同程度的脫節(jié)，且動手能力差的問題。如何在不影響生產(chǎn)流程和設(shè)備運行的前提下盡快讓新員工掌握現(xiàn)場設(shè)備運行原理，提高動手能力，滿足崗位要求，成為各海上平臺面臨的新課題。

基于以上問題，筆者提出建立 AB系列 PLC(Programmable Logic Controller)系統(tǒng)的計劃，即利用平臺現(xiàn)有使用較多的 AB系列 PLC的設(shè)備及備件，在保障安全的前提下，自主搭建系統(tǒng)，進行與平臺實際聯(lián)系密切的各種儀表試驗，貼近現(xiàn)場實際，使新員工能盡快深入了解現(xiàn)場設(shè)備原理，提高動手能力。

1 設(shè)計需求

1.1 設(shè)計思路

利用平臺現(xiàn)存 AB系列 PLC系統(tǒng)硬件，搭建一套小型PLC系統(tǒng)，通過編寫程序，實現(xiàn)單回路的邏輯控制輸出或連鎖邏輯的輸出，同時與電氣專業(yè)的相關(guān)實驗平臺結(jié)合，實現(xiàn)對電氣設(shè)備的自動起停及狀態(tài)顯示。

系統(tǒng)電源來自于電氣試驗臺的 110,VAC，通過主開關(guān)CZ接入2個分開關(guān)CK1與CK2。CK1接入卡件電源模塊 PRI為卡件底板供電；CK2接入穩(wěn)壓變壓器 PS為外接儀表供電(如壓力、溫度變送器)。將 DI、DO、AI、AO 的所有通道都接到端子排接出，方便試驗時接線。利用RSlogix5000來編程實現(xiàn)各種功能，采用梯形圖來編寫程序。

圖1 PLC系統(tǒng)原理圖Fig.1 Schematic diagram of PLC system

1.2 功能設(shè)計

1.2.1 數(shù)字控制回路

①開關(guān)量輸出

從 DI卡件接入一手動開關(guān) K1，從 DO卡件的2個通道分別接出2個指示燈L1與L2。編寫程序，實現(xiàn)當(dāng)K1閉合時，L1燈亮，L2燈熄滅；當(dāng)K1斷開時，L1燈亮，L2燈熄滅。

②電機啟?？刂?/p>

從DI卡件接入兩個按鈕開關(guān)K1、K2，從DO卡件的一個通道接出兩個指示燈 L1和 L2，L1為電機運行指示燈，L2為電機停止指示燈。編寫程序，實現(xiàn)當(dāng) K1按下時，L1燈亮，L2燈滅，表示電機啟動；K2按下時，L1熄滅，L2燈滅，表示電機停止(待電氣試驗箱完成后，將輸出給 L1的信號給電氣試驗箱上的電機控制繼電器，用PLC控制繼電器的吸合和斷開，而控制接觸器線圈的通電與斷開，來控制電機的啟動與停止)。

此外，在 DI的輸入端接入溫度開關(guān)、壓力開關(guān)、溫度開關(guān)可實現(xiàn)溫度、壓力高低報警、關(guān)斷，液位高低報警開關(guān)。

1.2.2 模擬控制回路

①模擬壓力高低報警

從 AI卡件接入壓力變送器 PT-01，從 DO卡件的2個通道分別接出低壓報警指示燈L3與高壓報警指示燈 L4。編寫程序?qū)崿F(xiàn) PT-01的低壓報警與高壓報警燈光顯示，如設(shè)定 1,000,kPa為低壓報警值，2,000,kPa為高壓報警值。當(dāng)系統(tǒng)開始工作后，由于壓力低于 1,000,kPa，低壓報警指示燈 L3亮；將手動打壓裝置連接到壓力變送器取壓口進行打壓，當(dāng)壓力超過 1,000,kPa后，低壓報警指示燈 L3熄滅；繼續(xù)打壓，當(dāng)超過2,000,kPa后，高壓報警指示燈L4亮。

液位、溫度高低報警同上。

②模擬調(diào)節(jié)閥的控制

仍由壓力變送器提供4～20,mA信號輸入AI卡件，從 AO卡件接出到萬用表，檢測輸出電流大小并以之表示閥開度。

2 系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 硬件搭建

PLC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由電源模塊、CPU、I/O卡件、按鈕及指示燈等組成。安裝過程中應(yīng)注意固定牢固，安裝完成之后檢查接線是否有錯誤。

圖2 PLC硬件圖Fig.2 PLC system hardware

2.2 程序組態(tài)及下裝

程序下裝過程中注意以下幾點：

①上傳或下載程序時，要將 PLC打到“遠(yuǎn)程”或“編程”模式；

②在“go offline”狀態(tài)下才可進行程序的編輯；③程序運行過程中不允許上傳或下載程序；

④在賦予輸入輸出點地址時一定要查實物理接線；

⑤當(dāng)聯(lián)機顯示程序運行正常，而無輸出時，用萬用表檢查相關(guān)接線。

2.3 功能測試

以模擬電機啟停程序測試為例。

①試驗原理

本試驗通過軟件梯形圖模擬電機的啟停，啟停按鈕由觸點開關(guān)代替，電機由繼電器模擬；按啟動按鈕，信號由 DI的第一邏輯位輸入，此時邏輯繼電器吸合，經(jīng)ESD模塊的轉(zhuǎn)換(可選)，由DO的第一邏輯位輸出，繼電器吸合，運行指示燈亮，繼電器吸合；按停止開關(guān)，停止信號由 DI的第二邏輯位輸入，PLC處理后，經(jīng) ESD模塊轉(zhuǎn)換，由 DO的第三邏輯位輸出，停止指示燈亮，繼電器斷開。

②試驗步驟

程序通過以下邏輯圖實現(xiàn)(見圖3)。

圖3 啟停信號邏輯Fig.3 Start and stop logic

在PLC的“運行”模式下，按下啟動按鈕后，邏輯線圈、中間邏輯線圈和輸出邏輯線圈均得電(見圖 4)。

圖4 輸出邏輯動作Fig.4 Output logic action

繼電器動作輸出，現(xiàn)場運行指示燈亮，同理當(dāng)按下停止按鈕之后，運行指示燈滅，停止運行指示燈亮(見圖 5)。

圖5 啟動、停止?fàn)顟B(tài)指示Fig.5 Start and stop state instructions

3 應(yīng)用結(jié)果分析

通過實驗，儀表人員對 PLC整體系統(tǒng)搭建有了深度認(rèn)識。由于參與者目前對于 PLC系統(tǒng)認(rèn)識僅限于程序讀取和查看，并沒有真正接觸到整套系統(tǒng)硬件的組裝配置、硬件內(nèi)部的設(shè)置、程序的編輯等過程，通過親手去做，能夠熟悉整個過程，小到對每一個卡件的接線，大到PLC內(nèi)部每一個設(shè)置細(xì)節(jié)，可以說已經(jīng)對 PLC的認(rèn)識有了飛躍式提升。并且，通過對模擬信號故障設(shè)備檢修后的檢測、離散量故障設(shè)備檢修后的檢測，可以對平臺庫存中的備件，主要是透平的燃油、燃?xì)?、可?dǎo)葉片等執(zhí)行機構(gòu)進行零點和量程標(biāo)定，使參與者對平臺的備件有一個良好的認(rèn)知。

4 結(jié) 論

針對平臺現(xiàn)有設(shè)備搭建了一個小型的 PLC系統(tǒng)，分硬件部分和程序編寫兩部分，實現(xiàn)的具體功能主要是模擬平臺的設(shè)備運行狀況。通過試驗的實現(xiàn)，使新員工對 PLC各卡件工作原理及工作過程中卡件的狀態(tài)指示有了更深刻的印象，對Logic5000的使用也更為熟悉。同時，通過對系統(tǒng)的不斷完善與改進，使之具備更多功能，成為科技創(chuàng)新的練兵場。■

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