MicroLogix1500 PLC在大涝坝站天然气增压系统中的应用

2011-07-26罗辉

自动化仪表 2011年12期

罗辉

(中石化西北油田分公司雅克拉采气厂，新疆库车 842017)

0 引言

大涝坝集气处理站(以下简称大站)使用两台天然气压缩机，将低压天然气增压后进入气处理装置进行脱烃处理。

江汉石油管理局第三机械厂生产的一款往复式压缩机组2D8-4.8/3.6-65为三级压缩，其额定进气压力为0.36 MPa、额定排气压力为6.5 MPa、额定排气量为4.8 m3/min。机组主机采用对称平衡型结构，驱动方式为电机驱动，冷却方式采用全风冷，整体封闭撬装。该机组以Allen-Bradley公司(以下简称A-B公司)的MicroLogix1500 PLC为控制核心进行全自动控制，具有自动化程度高、操作简单、运行安全可靠和维护方便等优点。

1 控制系统组成

大涝坝集气处理站天然气压缩机组由压缩机、驱动电机、冷却风机、注油泵、润滑油泵、管系设备和控制阀门等组成。控制系统结构组成如图1所示。

图1 控制系统结构示意图Fig.1 Structure of the control system

机组控制系统以MicroLogix1500 PLC为中心，配置相应的压力、温度、液位信号变送器、转换器及人机界面等，可实现控制、监测及报警功能。PLC为主控器，配备输入、输出模块和通信模块，可实现数据采集与控制功能;具有优良的性能价格比和高可靠性，可确保系统长期稳定地工作。

PLC对各级气缸和管道的温度、压力等模拟信号以及按钮、开关等数字信号进行采集与处理，进而控制阀门、机泵等的运行状态。同时，PLC和DCS(Foxboro公司I/A Series系统)通过Modbus协议进行通信，实现上位机监控［1］。

1.1 硬件组成

根据工艺要求，每台机组共需18个开关输入量、15个开关输出量和10个模拟输入量。单台机组的控制硬件配置如表1所示。

表1 PLC系统硬件配置表Tab.1 Configuration list of PLC hardware

1.2 软件组成

PLC编程软件采用罗克韦尔(Rockwell)公司的RSLogix。它提供了纯32位的、极具灵活性和易用型的PLC编程工具软件，其中，RSLogix500用于MicroLogix1500的编程［2－4］，它与以前任何版本的罗克韦尔软件兼容，功能强大、操作简便、界面友好，支持多种编程方式。

RSLogix500梯形图逻辑编程包是一个提供快速高效解决方案，且拥有工控领域领先的用户界面的PLC编程软件;编辑灵活，带有输入输出自动配置，具有强大的数据库编辑器和诊断、排错工具以及完善的帮助功能。本系统中采用梯形图编程。

2 控制要求

为了确保系统能够安全、可靠、高效地运行，需对整个机组进行全自动控制。根据天然气压缩机组运行要求，控制系统主要实现以下功能。

①机组启动、停止。机组启动分为现场启动和远程启动，在DCS系统上设置了允许启动条件，现场控制柜面板上装设有启动、停止按钮，通过逻辑控制实现机组启停。

②运行参数测量。对压缩机润滑油压力和温度，机组进气压力，一级、二级、三级气缸排气压力和排气温度，三级压缩后工艺气出口温度进行测量，测量一次仪表使用4～20 mA的标准电信号。

③预报警和联锁停机。在PLC内设定报警值和联锁停机值，当测量参数达到报警值时，系统发出报警，直至报警消除;如果测量值达到停机值，则系统联锁停机。

④故障停机。当系统出现注油器油位低和油断流、进气洗涤罐级间分离器液位高、压缩机振动过大、电机过载等情况时，上述故障信号以开关量形式输入到PLC，PLC接收并处理故障信号后保护停机。

⑤输出控制。在自动模式下，PLC控制主电机、注油泵电机、润滑油泵电机和风扇电机的启停。主电机控制时，PLC给出启动信号，主电机通过自耦变压器降压启动，并反馈运行信号给PLC。同时，PLC根据工况自动控制回流阀和排污阀的运行状态。

⑥通信。PLC和现场显示屏通信，显示机组的运行状态、运行参数等信息;同时，通过RS-485通信接口，采用Modbus通信协议与DCS系统进行通信，在DCS系统上搭建组态画面，监控运行参数并记录参数历史数据。

3 控制功能的实现

3.1 程序结构

系统控制程序采用结构化的编程方式。结构化编程方式的最大优点在于其有利于整套控制系统的调试和维护，可根据生产或调试的需要，很方便地将某一部分从系统中分离出去，也可以方便地向系统中增加新的控制部分，从而大大提高了系统的可维护性和可扩展性［5－7］。

机组控制程序采用梯形图编程，程序文件包括系统文件、主程序、数据采集子程序和数据通信子程序，在主程序中调用两个通用子程序。MicroLogix1500 PLC共有256个数据文件，编号为0～255，其中，文件0～8为系统定义，用户不能随意修改，它们依次是输出文件O0、输入文件I1、状态文件S2、位文件B3、定时器文件T4、计数器文件C5、控制文件R6、整数文件N7和浮点数文件F8。本系统中还自定义了7个数据文件，用于存储传感器量程、报警值和中间变量等数据。各数据文件和程序文件有机结合，通过数据检测、指令状态判断和相应的状态处理，实现天然气压缩机组的安全可靠运行。

3.2 控制流程基本思想

主程序流程图如图2所示。

图2 主程序流程图Fig.2 Flowchart of main program

程序采用顺序结构。首先，PLC上电初始化，然后调用数据采集子程序和通信子程序［8－9］。子程序完成数据采集、控制条件判断、报警和停机信号处理、PLC与触摸屏及DCS数据通信等主要功能后返回到主程序，主程序检测子程序中的输出控制信号(位信号)，依据信号状态开始启机控制。当控制条件达到要求时，按照程序启动机组并加载;如果控制条件不满足，则不启动机组或联锁停机，并反馈故障状态。

在数据采集子程序中［10］，PLC首先通过输入模块获取机组的模拟量数据与开关量状态，模拟量数据包括压力和温度，开关量包括各类旋钮、按钮、故障输入和继电器输入等，然后把获取的信息按照指定的格式存放在特定数据文件内。接着，PLC对所采集数据与设定的报警值和停机值作比较，当采集到的数据达到报警值和停机值时，对应的位信号导通，位信号状态可以在主程序和子程序中检测到，并作为梯级导通条件进行逻辑控制。当检测到的任何一个压力、温度值达到报警值或停机值时，报警位或停机位将被置位，主程序检测到它们的状态后进行相应的启停机控制。