海上平台AB系列PLC系统的自主搭建及应用

李文皓，刘 靖

(中海石油(中国)有限公司天津分公司辽东作业公司 天津300457)

0 引 言

随着海洋石油事业的飞速发展，海上采油平台人员流动性显著增强，但问题随之而来：新员工普遍存在理论知识丰富，但与生产实际有不同程度的脱节，且动手能力差的问题。如何在不影响生产流程和设备运行的前提下尽快让新员工掌握现场设备运行原理，提高动手能力，满足岗位要求，成为各海上平台面临的新课题。

基于以上问题，笔者提出建立 AB系列 PLC(Programmable Logic Controller)系统的计划，即利用平台现有使用较多的 AB系列 PLC的设备及备件，在保障安全的前提下，自主搭建系统，进行与平台实际联系密切的各种仪表试验，贴近现场实际，使新员工能尽快深入了解现场设备原理，提高动手能力。

1 设计需求

1.1 设计思路

利用平台现存 AB系列 PLC系统硬件，搭建一套小型PLC系统，通过编写程序，实现单回路的逻辑控制输出或连锁逻辑的输出，同时与电气专业的相关实验平台结合，实现对电气设备的自动起停及状态显示。

系统电源来自于电气试验台的 110,VAC，通过主开关CZ接入2个分开关CK1与CK2。CK1接入卡件电源模块 PRI为卡件底板供电；CK2接入稳压变压器 PS为外接仪表供电(如压力、温度变送器)。将 DI、DO、AI、AO 的所有通道都接到端子排接出，方便试验时接线。利用RSlogix5000来编程实现各种功能，采用梯形图来编写程序。

图1 PLC系统原理图Fig.1 Schematic diagram of PLC system

1.2 功能设计

1.2.1 数字控制回路

①开关量输出

从 DI卡件接入一手动开关 K1，从 DO卡件的2个通道分别接出2个指示灯L1与L2。编写程序，实现当K1闭合时，L1灯亮，L2灯熄灭；当K1断开时，L1灯亮，L2灯熄灭。

②电机启停控制

从DI卡件接入两个按钮开关K1、K2，从DO卡件的一个通道接出两个指示灯 L1和 L2，L1为电机运行指示灯，L2为电机停止指示灯。编写程序，实现当 K1按下时，L1灯亮，L2灯灭，表示电机启动；K2按下时，L1熄灭，L2灯灭，表示电机停止(待电气试验箱完成后，将输出给 L1的信号给电气试验箱上的电机控制继电器，用PLC控制继电器的吸合和断开，而控制接触器线圈的通电与断开，来控制电机的启动与停止)。

此外，在 DI的输入端接入温度开关、压力开关、温度开关可实现温度、压力高低报警、关断，液位高低报警开关。

1.2.2 模拟控制回路

①模拟压力高低报警

从 AI卡件接入压力变送器 PT-01，从 DO卡件的2个通道分别接出低压报警指示灯L3与高压报警指示灯 L4。编写程序实现 PT-01的低压报警与高压报警灯光显示，如设定 1,000,kPa为低压报警值，2,000,kPa为高压报警值。当系统开始工作后，由于压力低于 1,000,kPa，低压报警指示灯 L3亮；将手动打压装置连接到压力变送器取压口进行打压，当压力超过 1,000,kPa后，低压报警指示灯 L3熄灭；继续打压，当超过2,000,kPa后，高压报警指示灯L4亮。

液位、温度高低报警同上。

②模拟调节阀的控制

仍由压力变送器提供4～20,mA信号输入AI卡件，从 AO卡件接出到万用表，检测输出电流大小并以之表示阀开度。

2 系统的应用

2.1 硬件搭建

PLC系统的硬件结构主要由电源模块、CPU、I/O卡件、按钮及指示灯等组成。安装过程中应注意固定牢固，安装完成之后检查接线是否有错误。

图2 PLC硬件图Fig.2 PLC system hardware

2.2 程序组态及下装

程序下装过程中注意以下几点：

①上传或下载程序时，要将 PLC打到“远程”或“编程”模式；

②在“go offline”状态下才可进行程序的编辑；③程序运行过程中不允许上传或下载程序；

④在赋予输入输出点地址时一定要查实物理接线；

⑤当联机显示程序运行正常，而无输出时，用万用表检查相关接线。

2.3 功能测试

以模拟电机启停程序测试为例。

①试验原理

本试验通过软件梯形图模拟电机的启停，启停按钮由触点开关代替，电机由继电器模拟；按启动按钮，信号由 DI的第一逻辑位输入，此时逻辑继电器吸合，经ESD模块的转换(可选)，由DO的第一逻辑位输出，继电器吸合，运行指示灯亮，继电器吸合；按停止开关，停止信号由 DI的第二逻辑位输入，PLC处理后，经 ESD模块转换，由 DO的第三逻辑位输出，停止指示灯亮，继电器断开。

②试验步骤

程序通过以下逻辑图实现(见图3)。

图3 启停信号逻辑Fig.3 Start and stop logic

在PLC的“运行”模式下，按下启动按钮后，逻辑线圈、中间逻辑线圈和输出逻辑线圈均得电(见图 4)。

图4 输出逻辑动作Fig.4 Output logic action

继电器动作输出，现场运行指示灯亮，同理当按下停止按钮之后，运行指示灯灭，停止运行指示灯亮(见图 5)。

图5 启动、停止状态指示Fig.5 Start and stop state instructions

3 应用结果分析

通过实验，仪表人员对 PLC整体系统搭建有了深度认识。由于参与者目前对于 PLC系统认识仅限于程序读取和查看，并没有真正接触到整套系统硬件的组装配置、硬件内部的设置、程序的编辑等过程，通过亲手去做，能够熟悉整个过程，小到对每一个卡件的接线，大到PLC内部每一个设置细节，可以说已经对 PLC的认识有了飞跃式提升。并且，通过对模拟信号故障设备检修后的检测、离散量故障设备检修后的检测，可以对平台库存中的备件，主要是透平的燃油、燃气、可导叶片等执行机构进行零点和量程标定，使参与者对平台的备件有一个良好的认知。

4 结 论

针对平台现有设备搭建了一个小型的 PLC系统，分硬件部分和程序编写两部分，实现的具体功能主要是模拟平台的设备运行状况。通过试验的实现，使新员工对 PLC各卡件工作原理及工作过程中卡件的状态指示有了更深刻的印象，对Logic5000的使用也更为熟悉。同时，通过对系统的不断完善与改进，使之具备更多功能，成为科技创新的练兵场。■

［1］邓李．ControlLogix系统使用手册[M].北京：机械工业出版社，2008：28-115.

［2］钱晓龙．ControlLogix系统组态与编程：现代控制工程设计[M].北京：机械工业出版社，2013：1-20.

［3］张晓君，刘作荣.工业电器与仪表[M].北京：化学工业出版社，2010：172-201.