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自控系统在机场油库中的设计应用

发布日期:2021-05-07 14:47:54  来源:中国航空油料有限责任公司河北分公司  作者:马骏  浏览次数:
【导读】:本文结合自控系统在机场油库的实际应用,介绍了油库自动化系统所涉及的作业流程和主要功能,以及相关自控系统技术方案。......

 摘要:油库自动化控制系统是针对油库的收油、发油及日常储存等作业环节,将计算机技术与继电器控制技术结合起来的现代化控制系统。该系统使油库的生产作业实现采集、处理、储存、显示、报警和打印等功能的自动化网络管理,提高作业效率与安全保障能力。本文结合自控系统在机场油库的实际应用,介绍了油库自动化系统所涉及的作业流程和主要功能,以及相关自控系统技术方案。

 
 引言
机场油库主要用于航油的接收、储存、发油及给飞机加油作业。机场油库与其相关供油设施是保证机场正常运行的关键配套系统之一[1],公路运油与管线输油是两种主要的运输航空燃料的方式。随着民航航班量的逐年提升,越来越多的新建民用机场采取管线收油与发油的方式为航班安全保供,而自动化程度的提高也自然而然成为机坪管线供油系统中重要的内容。
 
1 自控系统在机场油库中的主要功能
1.1 自动保压供油功能
自动控制状态下采集机坪加油总管的压力、温度信号,根据压力的设定值同实际值的偏差进行油泵变频的恒压控制,并参考油泵出口流量信号,启停发油泵,以使机坪供油管线保持在一定压力范围内,确保机坪现场供油稳定。
1.2 自动收发油换罐功能
根据设置的收发油换罐液位,按照系统收发油罐列队顺序,通过自动调整油罐进出口电动阀的开闭度,完成油库收发油自动换罐操作。
1.3 各类联锁报警功能
通过设置油罐高低液位、可燃气体浓度超标浓度、收发油管线压力过低、收油流量过低等各类参数,在控制室进行语音与图像报警,并通过联锁自动停泵、关闭电动阀与增加各类动作限制条件等设定,增加整个油库自控系统安全系数。
1.4 数据显示与报表功能
机场油库自控系统通过采集现场雷达液位计压力变送器温度变送器、流量计与气象站等参数,通过通讯网络将参数在控制室上位机显示,以便实时监控生产数据,同时将对历史数据自动储存,生成报表,以便查阅留档。
 
2 机场油库自控系统的基本设计
机场供油自动化系统包括硬件部分和软件部分两个方面:硬件部分主要包括各类仪表、PLC、通讯网络、上位计算机等;软件部分主要包括 PLC 下位程序、上位监控软件等。控制系统结构由以下三个层次组成:基础层主要是现场仪表和设备 ( 雷达液位计、流量计等 );采集处理层主要是 PLC 可编程控制器( 下位机 );表现层主要是监控界面 ( 上位机 )。
 
以上三个层次通过通讯协议 ( 例如使用西门子 CP341 模块实现 Modbus RTU 通讯 ) 与控制系统 I/O 模块及其相应线缆连接成为一个完整的控制系统。前两层以硬件为主,包括现场测量的仪表、设备信号、PLC、网络设备等。第三层主要以软件为主,主要包括系统软件及应用软件。
 
2.1 现场仪器仪表设置
雷达液位计:每个油罐安装雷达液位计并配套罐旁表,用于液位现场显示与远传;高高 / 低低液位报警开关:可安装浮球液位开关用于高高 / 低低液位报警联锁;温度、压力与差压变送器:油罐与收发油管线安装温度与压力变送器,并通过4~20 mA 电流信号输出至自控系统模拟量输入模块;流量计:在收油与发油管线安装流量计,用于流量监控,结合压力参数判断是否发生漏油事件;可燃气探测器:根据规范要求在罐区、油泵房、过滤期间设置具有现场声光报警功能的可燃气体探测器,探头距地 0.3~0.6 m 间安装,浓度及报警信号通过点对点方式接入可燃气探测器控制器,控制器与 PLC 通过总线方式连接,实现上位机监控,并通过上位机编程软件 ( 例如 WINCC)设置二级报警功能 ( 一级报警浓度为 25%LEL,二级报警浓度为 50%LEL);电动阀门:在油罐进出口、油泵进出口、收发油管线与回流管线设置电动阀门,用于自控系统根据作业条件进行远程开关控制。
 
2.2 控制柜的设计
控制柜包括 DCS 控制柜、用于前端保护的浪涌保护柜、用于电源系统的 ups 供电柜与用于油泵控制的设备控制柜。DCS控制柜:该柜是整个自控系统的核心,系统包括硬冗余的 PLC控制器、I/O 模块、电源模块、通讯模块及用于输出的中间继电器。浪涌保护柜:柜内布置有浪涌保护模块、信号隔离模块以及接线端子和信号模块的供电电源转换器,所有的外接设备的进线均进入此柜。ups 供电柜:柜内包含有 ups 电源设备、用于设备供电的小型断路器以及与上位机通讯用的交换机和光电转换设备。设备控制柜:该柜主要用于油泵电机的控制,柜内含变频器、备用的软起控制器及用于主回路与控制回路控制的继电器与接触器等元器件。
 
2.3 软件设计 
系统软件主要有操作系统软件、人机界面编程软件、可编程序控制器编程软件。应用软件主要有油库监控软件、消防监控软件、数据库软件。该控制系统主要完成油库内工艺设备的控制,主要实现以下功能。
(1) 液位监测。实时监测油罐内储油液位,温度,压力和高高、低低液位报警信号,人工设定高、低液位报警参数,系统自动记录所有参数并打印及报表。
(2) 工艺监控。实时监测并记录油泵的启 / 停等状态信号、泵出口压力信号、过滤器差压等信号,库区工艺电动阀门的状态显示:开到位、关到位、阀门故障和阀门开度。
(3) 机坪管线加油控制。自动控制状态下采集机坪加油总管的压力、温度信号,根据压力的设定值同实际值的偏差进行油泵变频的恒压控制,并参考油泵出口流量信号,启停工频发油泵,始终保证加油管线压力的恒定。
 
3 油泵的自动控制 
油泵的自动启停与变频控制是油库供油自控系统的核心功能,以 4 台发油泵为例,自控系统将 1 号泵和 3 号泵设为一组,2 号泵和 4 号泵设为一组,正常情况下,分单双日运行,以00:00 为切换时间点,单日运行 1 号泵和 3 号泵,双日运行 2 号泵和 4 号泵,该状态不可修改,修改的只是切换时间,根据系统压力和流量进行油泵控制的规律设定如下。
 
3.1 启泵控制
图 1 所示中,当系统压力 ( 发油总管压力变送器反馈的压力参数 ) 低于设定的非常低启泵压力值 A 时,1 号 /2 号油泵启动,当系统流量 ( 发油总管流量计反馈的流量参数 ) 超出设定流量 B 时,延迟 1 min 启动 3 号 /4 号泵 ( 延迟启动防止频繁启停泵机 );若流量超出设定流量 B,同时系统压力迅速下降至非常低启泵压力值 A 以下时,迅速启动 3 号 /4 号泵;当系统流量继续增大到设定流量 C 时,按同样规律启动当日不运行的 2 号 /1号备用泵。
停泵自动控制流程图
3.2 停泵控制
图 2 所示中,当流量减小到设定流量 C 时,停当日 2 号 /1 号备用泵;当流量减小到设定流量 B 时,停 3 号 /4 号泵;当流量继续减小至 0 时,1 号 /2 号油泵继续运行停机保压时间,并再次判断系统流量是否为 0,如果系统流量为 0,压力在正常范围(450~700 kPa),则 1 号 /2 号油泵停机。在另外一种情况下,如果系统流量减小至 0,当泵的运行频率低于一定值时,为了防止油泵电机在超低频下运行,泵机也会停止运行。
 
3.3 故障运行
1 号泵和 2 号泵互为备用,3 号泵和 4 号泵互为备用;当1号/3号泵故障或在检修模式时,且1号/3号泵有运行要求时,2 号 /4 号泵代替运行,反之亦然。
 
4 结语
该套机场供油自控系统自投入运行至今已已满 7 年,总体运行平稳,可实现机坪管网稳定保压功能,具备手动 / 自动控制功能,控制方法比较成熟、系统安全可靠[2]。基于 PLC 技术的自控系统现已广泛应用于航空供油作业,极大地提高了航油供应的可靠性和效率,这对实现飞行安全,提高民航业自动化水平具有重要意义。

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