張黎明

(中國航空油料有限責(zé)任公司華東公司,上海 200335)

機(jī)場油庫供油自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

張黎明

(中國航空油料有限責(zé)任公司華東公司,上海 200335)

自控系統(tǒng)在中航油機(jī)場油庫供油保障中,起著保駕護(hù)航的重要作用。本文從機(jī)場油庫自控系統(tǒng)的罐區(qū)液位計(jì)量系統(tǒng)、質(zhì)量檢查罐自動排油系統(tǒng)、PLC控制柜設(shè)計(jì)、供油系統(tǒng)參數(shù)和控制方式、數(shù)據(jù)讀入自控系統(tǒng)方式、應(yīng)急供油系統(tǒng)六方面,從硬件設(shè)施、通信與控制方式等方面提出設(shè)計(jì)解決方案,旨在提高自控系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性,降低保障航油供油保障壓力,提出供油自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理化建議。

機(jī)場油庫自控系統(tǒng) PLC 應(yīng)急供油

機(jī)場油庫作為航煤儲存和輸送鏈上的關(guān)鍵一環(huán),供油自控系統(tǒng)承擔(dān)著保障航油供應(yīng),保證生產(chǎn)和操作人員安全,減少操作人員勞動強(qiáng)度,提高行業(yè)管理水平以及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要任務(wù),其重要性和可靠性不言而喻。

1 罐區(qū)液位計(jì)量系統(tǒng)

自控系統(tǒng)通過液位信號可以實(shí)現(xiàn)高低液位報(bào)警、收發(fā)油罐自動切換等聯(lián)鎖功能。油罐現(xiàn)場儀表基本為進(jìn)口設(shè)備,自身可靠性較高,液位信號的穩(wěn)定、可靠傳輸顯得尤其關(guān)鍵。液位計(jì)信號可通過4-20mA信號、總線傳輸、無線通訊等方式進(jìn)入自控系統(tǒng)。

下面以羅斯蒙特雷達(dá)液位計(jì)為例,提供液位計(jì)信號傳輸解決方案。

(1)總線和4-20mA信號通訊。系統(tǒng)通過總線通訊FCU和4-20mA兩種方式獲取液位計(jì)信號,PLC通過Mobus協(xié)議與FCU建立通訊,讀取液位計(jì)液位、溫度等信號。本方案適用于新建油罐液位計(jì)量,在上海虹橋機(jī)場成功實(shí)現(xiàn)。

(2)總線和無線通訊。系統(tǒng)通過總線通訊和無線通訊兩種方式獲取液位計(jì)信號,PLC通過Modbus協(xié)議與FCU建立通訊,讀取液位計(jì)液位、溫度等信號；無線通訊獲取液位計(jì)數(shù)據(jù)后通過OPC直接通過上位組態(tài)軟件讀取液位計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)。本方案適用于舊罐液位計(jì)量,在寧波櫟社機(jī)場油庫成功實(shí)現(xiàn)(如圖1、圖2所示)。

2 質(zhì)量檢查罐自動排油系統(tǒng)

目前機(jī)場油庫質(zhì)量檢查罐排油方式基本為手動,需要經(jīng)人工檢查液位后手動排油,由于每天排油量相對較大,容易疏忽,導(dǎo)致排油不及時,存在冒油風(fēng)險(xiǎn)。

針對這一情況,設(shè)計(jì)考慮在質(zhì)量檢查罐上安裝液位開關(guān)或液位計(jì),通過高低液位信號實(shí)現(xiàn)質(zhì)檢泵的啟動和停止。將液位計(jì)信號和質(zhì)檢泵的運(yùn)行、啟動、停止、電流等信號傳輸給主控室PLC,用PLC編程來實(shí)現(xiàn)質(zhì)檢泵的啟動和停止,系統(tǒng)并能及時發(fā)出液位高低報(bào)警或質(zhì)檢泵報(bào)警,提醒操作人員。主控室操作人員能夠?qū)崟r監(jiān)控質(zhì)量檢查罐的液位情況,在控制室自動或手動啟動質(zhì)檢泵,實(shí)時監(jiān)測質(zhì)檢泵的運(yùn)行情況。

圖1

3 PLC控制柜設(shè)計(jì)

PLC控制柜設(shè)計(jì)是否合理對自控系統(tǒng)日后的穩(wěn)定運(yùn)行和維護(hù)至關(guān)重要,因此建議柜內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備冗余配置。

3.1 雙機(jī)熱備、雙纜冗余設(shè)計(jì)

由于自控系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、實(shí)時性的要求很高,建議PLC自控系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備、雙纜冗余的配置。

雙機(jī)熱備是指CPU熱備冗余配置,兩塊CPU模塊通過熱備光口的通訊,每個掃描周期,主CPU都要根據(jù)自身的I/O狀態(tài)表,來更新備用CPU的I/O狀態(tài)表,使備用CPU始終與主CPU保持同步,當(dāng)主CPU模塊或系統(tǒng)發(fā)生故障時,通過熱備通訊,可以同步、無擾動進(jìn)行CPU模塊的切換,完成系統(tǒng)控制權(quán)從主CPU到備用CPU的轉(zhuǎn)移。

雙纜冗余是指為了保證通訊的可靠性,CPU與I/O模塊之間采用雙纜冗余的遠(yuǎn)程通訊方式,通訊介質(zhì)為電纜。

3.2 設(shè)備信號分類設(shè)計(jì)

每個可控設(shè)備的信號對于整個自控系統(tǒng)來說都應(yīng)該是獨(dú)立的。單個設(shè)備的信號故障(短路、斷電等)不應(yīng)影響整個自控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此每個設(shè)備的信號供電均為獨(dú)立供電,可單獨(dú)控制。

3.3 電源系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)

自控系統(tǒng)的供電電源一般電壓等級為AC220V和DC24V兩種。

為保證整個供油控制系統(tǒng)供電的可靠性和穩(wěn)定性,建議自控系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)均采用雙路熱備,并配有UPS。

所謂雙路熱備就是從外線引入不同兩路AC220V電源至交流電源自動切換分路器。系統(tǒng)正常工作時,A路處于供電狀態(tài),B路處于備用狀態(tài)。當(dāng)A路失電時,系統(tǒng)能夠自動切換至B路電源,切換時間＜20ms。

圖2

4 供油系統(tǒng)參數(shù)和控制方式

供油自控系統(tǒng)采集機(jī)坪加油總管的壓力信號,根據(jù)壓力的設(shè)定值同實(shí)際值的偏差進(jìn)行加油泵變頻的恒壓控制,并參考每個加油泵出口流量信號,啟停加油泵,始終保證加油管線壓力的恒定。自控系統(tǒng)根據(jù)加油總管壓力和流量的變化控制投入運(yùn)行的航煤加油泵臺數(shù)。

4.1 加油泵變頻控制

目前大多數(shù)機(jī)場油庫加油泵采用軟啟動器和變頻器組合的控制方式,隨著這幾年變頻器和軟啟動器的差價不斷縮小,越來越多的自控系統(tǒng)油泵采用全變頻器控制方式,全變頻優(yōu)點(diǎn)如下:多臺變頻器起到了互為備用的作用；在并泵時可以實(shí)現(xiàn)大泵帶小泵,有效減緩了并泵時對系統(tǒng)的沖擊；變頻器與加油泵實(shí)現(xiàn)了一對一控制,就不需要在加油泵之間來回切換,簡化電氣回路,方便操作維護(hù)。

4.2 供油總管壓力變送器

供油控制系統(tǒng)的核心是恒壓供油,加油總管壓力是整個系統(tǒng)的核心參數(shù)?，F(xiàn)有大多數(shù)機(jī)場油庫加油總管只設(shè)置一臺壓力變送器,如其損壞,將無法實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)節(jié)。因此建議設(shè)計(jì)時加油總管配置三臺壓力變送器,壓力信號進(jìn)入PLC后,進(jìn)行編程計(jì)算,通過壓力值三取二后再取平均值參與恒壓控制或者通過編程人工選擇任何一點(diǎn)壓力參與恒壓控制。

5 現(xiàn)場數(shù)據(jù)讀入自控系統(tǒng)方式

現(xiàn)場數(shù)據(jù)讀入自控系統(tǒng)有兩種方式,一是與計(jì)算機(jī)直接通信,二是與PLC直接通信。

(1)與計(jì)算機(jī)直接通信。計(jì)算機(jī)上位組態(tài)軟件獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)后,通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)信號再寫入PLC,PLC對該計(jì)算機(jī)的依賴相對較高,且計(jì)算機(jī)相比PLC的穩(wěn)定性較差。因此使用該方式對于整個控制系統(tǒng)來穩(wěn)定性較差。

(2)與PLC直接通信。無論是總線通訊FCU方式還是無線通訊1420方式都提供了Modbus通訊接口,PLC可以直接通過Modbus接口直接將數(shù)據(jù)讀入PLC控制系統(tǒng)。使用該方式通訊可靠性和穩(wěn)定性較高。

綜上所述,建議現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過PLC讀入自控系統(tǒng),提高可靠性和穩(wěn)定性。

6 應(yīng)急供油系統(tǒng)

隨著機(jī)場進(jìn)出港航班的不斷增多,北京、上海、廣州機(jī)場每天甚至僅有一個小時左右沒有航班,機(jī)場油庫供油總量和供油頻率快速增長,使得供油自控系統(tǒng)幾乎沒有時間,也無法停止進(jìn)行檢修維護(hù)。如果自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障,將導(dǎo)致大面積航班延誤,造成不良的社會影響。因此機(jī)場油庫設(shè)置應(yīng)急供油系統(tǒng)是必要的,也是保證機(jī)場油庫安全、可靠、穩(wěn)定供油的有效措施。

機(jī)場油庫應(yīng)急供油系統(tǒng)分為手動應(yīng)急供油系統(tǒng)和自動供油系統(tǒng)兩種。

(1)手動應(yīng)急供油系統(tǒng)。當(dāng)PLC系統(tǒng)故障,操作人員利用變頻器控制柜上的啟停按鈕直接啟動加油泵,并根據(jù)管線壓力大小手動調(diào)節(jié)變頻器頻率,手動啟停加油泵。本系統(tǒng)是全手動操作,需要操作人員實(shí)時對現(xiàn)場的供油情況進(jìn)行觀察,只適用于短時間應(yīng)急加油。

(2)自動應(yīng)急供油系統(tǒng)。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法短時間恢復(fù)時,設(shè)置專用小型PLC,加油泵的運(yùn)行、啟動和停止信號,變頻器頻率反饋、頻率給定信號,加油總管壓力、流量信號等關(guān)鍵數(shù)據(jù)接入PLC。本系統(tǒng)運(yùn)行可靠,可滿足較長時間運(yùn)行。

應(yīng)急供油系統(tǒng)根據(jù)油庫現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備狀況,在原有系統(tǒng)的備用元件上進(jìn)行改進(jìn),控制方式簡單,僅僅需要一鍵即可完成“自控系統(tǒng)”與“應(yīng)急系統(tǒng)”之間的切換和啟動,應(yīng)急系統(tǒng)甩開閥門、液位等其它聯(lián)鎖控制信號,僅從現(xiàn)場接入流量、壓力、頻率等控制信號,只對加油壓力和泵的運(yùn)行進(jìn)行控制,簡化流程,減少操作。

7 結(jié)語

隨著國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,機(jī)場旅客吞吐量和貨郵吞吐量的迅猛增長,飛機(jī)航煤加油量快速增加,航油供油保障壓力與日俱增,無論從安全、經(jīng)濟(jì)效益角度,還是以人為本角度,建議在今后設(shè)計(jì)機(jī)場油庫自控系統(tǒng)時,考慮關(guān)鍵設(shè)備冗余及應(yīng)急供油系統(tǒng)的設(shè)計(jì),提高其可靠性和穩(wěn)定性,以滿足供油保障的運(yùn)營要求,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效率和社會效率雙豐收的良好局面。

張黎明(1974—),男,浙江諸暨人,工程師,大學(xué)本科,從事機(jī)場供油自動控制和人力資源工作。