基于PLC的油料储运监控系统的设计与实现

2009-09-08 15:39:51来源: EDN China 关键字:PLC  油料储运监控系统  FPGA  设计

  1 引言

  油库中油料储存罐和输油管道所使用的各种控制阀门是油料储运过程中必不可少的现场仪表,其智能化程度的高低、所含信息的多少和对故障的诊断与容错能力直接影响到数据采集与监控系统的可靠性、稳定性和易用性。通常库区中的控制阀数量众多且分散,普通的控制阀所含信息量少而布线繁多,这在一定程度上使库区监控系统的设计复杂化。该系统采用英国Rotork公司的智能电动阀及其主站控制器和3级故障显示报警系统,大大简化了监控系统的复杂设计,而且借助其丰富的诊断信息和对故障的容错能力,使系统的可靠性得以提高。

  2 监控系统的硬件实现

  2.1 Rotork智能阀控制设备

  Rotork智能阀控制设备是一个阀门数据采集、监视与控制系统,它由一台主站控制器和与它相连的现场电动阀组成。主站控制器通过一条两线电流环路可以控制挂于环路上的多达240个现场控制阀,该电流环路可长达20km。

  现场电动阀的智能化程度较高,其内部含有丰富的数据和诊断信息。但最主要的特点是多个智能阀仅通过两线互联成一个环路,最终接入主站控制器的只有起始和末端两线,所有阀门信息通过两线通讯进入主站控制器。现场电动阀还具有线路故障屏蔽功能,当环路出现开路、短路或接地故障时,智能阀可以将故障端的线路屏蔽掉,使主站控制器仍能与线路上的所有智能阀通讯而不受影响,同时将故障信息发给主站控制器。其两线屏蔽原理如图1所示。

  正常操作情况下,通讯电流信号沿环路的一条线从主站控制器的端口A流出,经该环路从端口B流回。此时,另一条线路是冗余的。当有一处线路发生故障时,该处故障线路被阀门屏蔽,故障线路两边的智能阀可通过各自的环路与主站控制器通讯;当有两处线路发生故障时,这两处故障之间的智能阀都被屏蔽,两处故障之外的智能阀依然可以通过两“臂状”环路与主站控制器通讯。

  2.2 系统的设计

  在该系统中采用PLC作为控制机来完成对信号的实时采样、脉冲量累计、状态的判别、输出控制等;采用微型计算机作为上位机完成采集数据信息的存储,分析处理、状态显示以及打印输出,以实现对系统的实时监控。在该系统中最重要的是:一方面,由PLC将采集到的各种数据准确、可靠、迅速的传送到上位机;另一方面上位机的控制命令和调度命令必须准确无误的下发到PLC,而完成这两方面工作的关键在于数据通信。主站控制器是由主CPU卡、环路通讯卡、电源、液晶显示器和16按钮键盘组成的盘装智能仪表。它内部有两个固定的数据库,一个是现场单元数据库,负责接收并记录从两线环路传来的智能阀的地址、转矩、开度等数据,根据从上位机传来的读写命令控制阀门的运动,该数据库从逻辑上划分为4个区,每个区记录60个阀门的数据;另一个数据库为主站控制器状态及自诊断数据库,负责记录通讯协议的有关状态并向智能阀发布命令。通过主站控制器的按键和液晶显示器,可以实现读取智能阀的开度、转矩、地址等数据,控制阀门的开闭,接收报警信号及与PLC通讯等功能。

  2.3 监控系统结构

  该系统的控制部分采用美国GE Fanuc公司的HBR双重热备型PLC系统,通过PLC控制140个智能阀(IQ actuator)的开停闭。上位监控站可监视各个智能阀的阀位回信状态、阀位值以及报警信号,并可执行开阀、停阀和关阀操作。

图3 现场智能电动阀监控系统的结构框图

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关键字:PLC  油料储运监控系统  FPGA  设计

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/0908/article_705.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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