浅析湛江港原油输油臂及其控制系统改造

浅析湛江港原油输油臂及其控制系统改造

                               ,何恕

湛江港石化码头有限责任公司  广东省湛江市524000

摘要：传统模式下，港口等输油臂需要使用继电器进行控制，继电器控制的效果相对较为有限、存在灵活性不足并且出现故障频率高的问题。而在自动化技术进一步发展的情况下，以PLC为代表的自动化技术已经能够取代原本的继电器控制，对输油臂实现更为有效的自动化控制，并使得输油臂的对接等更为快速、灵活、精准及安全，本文对输油臂采用PLC技术改造的形式进行了系统分析，明确如何通过PLC技术改造能够满足输油臂控制需求的系统，并保证PLC系统在长期使用情况下的安全性以及稳定性。

关键词：输油臂 PLC技术 系统改造

引言

PLC技术出现于20世纪80年代，是一种已经相对较为成熟的自动化技术，该技术能够满足大量生产领域自动化控制的相关需求，具有稳定性高且结构相对较为简单的优势。港口输油臂以及其控制系统，不仅体积相对较为庞大，并且同样存在极为复杂的结构，针对该种类型的系统采用PLC技术构建其自动控制系统，不仅能够满足输油臂稳定以及高效控制的相关需求，且同样能够在港口长期使用过程中，长时间维持自动控制系统使用的稳定性以及安全性。

1 输油臂控制需求分析

在海洋石油码头中，输油臂是码头核心设施之一，对原油等能够正常输送具有重要意义。在海洋石油码头中，需要使用输油臂完成油船与输油管道之间的对接，即在石化码头中输油臂是转运基础也是最为基础的设施。码头使用的输油臂基本结构包括立柱、内外臂以及快速连接器等。目前普遍使用的输油臂均为液压牵引并使用牵引钢丝绳完成调整以及控制。输油臂的控制系统不仅需要满足输油臂基本的控制需求，同时一般需要承担输油臂使用过程中事故报警以及输油臂紧急脱离相关操作。

码头输油臂的正常运行使用包括输油臂水平方向的左右旋转、内臂的上下活动、以及相连接的快速连接头抓紧以及张开等、外臂伸展以及收缩等。一般情况下，输油臂需要能够满足现场电控柜（含操作面板）上操作以及近距离遥控操作的需要，同时在特殊情况下输油臂同样需要满足遥控器远程遥控操作使用的相关需要。鉴于输油臂的使用安全性要求较高，因此输油臂在使用过程中，任何一个方向的操作均需要通过两级限位的设定对其活动范围进行控制，一旦输油臂限位控制失效则输油臂的控制系统需要能够及时发出警报及紧急脱离。此外，作为连接使用的设备当输油臂承担连接功能过程中出现脱离或较为严重的位置偏差时，控制系统同样需要及时提出警报，明确当前实际问题以及问题出现的具体位置。

2 控制系统设计

输油臂相关机械设备的动力一般由液压系统提供，即液压系统为输油臂的驱动系统，而对输油臂运行情况进行检测的设备则需要通过电力系统提供运行能源，因此输油臂的控制系统一般而言需要包括电控系统以及液压驱动系统两个主要组成部分。

2.1 电控系统

在PLC控制系统当中，电控系统的结构更为复杂，包括PLC模块、电源相关模块、隔离设备、显示设备、无线遥控、限位以及报警设备、防爆控制设备等。

PLC模块：一般需要采用小型化的PLC模块，西门子公司等生产的小型模块如SR40、EMDR32等即能够满足使用需求。

电源相关：根据码头供电的实际情况，一般需要包括220V/380V转化设备以及开关，电源保护器等相关设备。

隔离设备：即输入及输出信号隔离设备，包括隔离DI信号的安全栅、AI/AO信号隔离的安全栅以及中继器等。

显示设备：PLC系统所需的显示设备不仅需要能够满足显示的基本需求，且应当满足触屏控制的需求。

无线遥控：无线遥控设备一般由具有防水以及防爆等基本功能的遥控发射、遥控接收装置以及防爆天线共同组成，且遥控器能够满足充电使用的需求。防爆天线一般需要安装于控制柜等位置，实现防爆功能。

限位以及报警设备：考虑到使用海洋环境对电器寿命的影响，限位开关需要选择无接触类型的接近开关，对应的报警设备则需要使用声光报警设备，即通过限位开关的信息反馈以及传感器的反馈信息，在报警过程中能够通过声光同时进行警报。

防爆控制设备：由于电控系统需要在码头安装，因此电控系统必须通过防爆控制箱等进行保护，控制箱一般使用不锈钢作为外部材料，内部材料则应当为抗压的铝合金。

2.2 输入输出点

确定输入点时，需要根据系统的实际情况确定。如某系统共计需要使用4套脱离设备，则该系统需要设置共计43个DI输入点位，包含外臂以及内臂共计6个方向由按钮操作输入的信号以及浮动输入信号、急停输入信号、控制方式选择信号、报警方式选择信号、ERS选择信号、手动测试信号以及系统各输油臂内臂以及外臂的二次限位信号等。根据上述系统的需求，43个数字信号输入点位能够完全满足系统所有数字信号输入的需求，且能够覆盖系统当中各个点位。AI输入点位则主要用于对液压系统进行检测，需要由2个点位分别检测液压系统的压力以及液位。

确定输出点时，鉴于本文论述的系统为分控类型的液压驱动系统，在该种系统当中液压主站的功能为提供液压系统动力，对输油臂的控制以及输油臂动作调整等相关工作均由输油臂对应分站控制执行。因此考虑到承担动作执行功能分站电磁阀的使用需求，前文案例的系统需要共计38个输出点位完成系统的整体性控制。不同输出点位能够对输油臂外臂、内臂不同方向、不同模式的动作进行控制，同样能够对包括脱离在内的动作进行控制。此外，输出同样包括AO的声光报警设备输出点位。除自动化输出外，在该系统当中能够通过GPS信号的辅助，将对应信息抄送向该区域管理人员，以人工作为控制辅助。

2.3 程序设计

PLC控制程序同样包括两个主要的组成部分，分别为控制显示系统以及运行程序。

显示界面的主要作用在于显示输油臂当前状态，包括输油臂当前使用状态以及变化趋势等，输油臂各项参数超过允许范围的情况下，显示界面作为警报系统的组成部分，同样需要以更为直接且显著的形式进行警报。PLC系统下显示界面一般如图1所示。

图1 PLC系统显示界面

对应的控制程序则包括如下五个组成部分：①初始化程序；②限位检测以及警报程序；③运动操作控制程序；④ERS控制程序；⑤安全联锁控制程序。该控制程序正常运行过程中，一般流程应当为开机初始化，完成限位检测以及其他自检流程，根据系统设置完成安全联锁控制等。上述基本操作完成后，程序能够根据当前操作的需求进行输油臂动作的调整以及脱离控制相关操作，该系统程序具有进行自检的基本功能，能够在运行错误的情况下通过自我检测等排除一般故障，并在故障无法排除的情况下进行警报。该程序编程，按照程序需求应当采用梯形图编程语言。

2.4 液压驱动

作为输油臂驱动系统的液压系统，主要由主站、分站以及液压缸三部分组成，其中液压缸能够直接进行驱动，该设备能够为绳轮提供驱动力，以此为输油臂提供动力，使输油臂能够完成各种动作。根据PLC控制系统的需求，液压系统主站以及分站结构无需进行大幅度调整，通过液压系统主站以及分站的传感器即能够明确当前主站以及分站的运行情况。在PLC系统当中，分站一般需要采用ERS脱离控制主阀完成风险情况下的脱离控制。在液压驱动系统当中，为保证驱动系统使用的安全以及稳定，主站需要通过电气回路控制箱、分站需要通过使用控制接线箱完成对系统的有效控制。

结语

传统结构下，港口的输油臂大都需要采用继电器等进行控制，该种控制模式下虽然通过添加设备同样能够小范围实现输油臂的自动对接等相关需求，但控制的稳定性存在一定问题，而PLC技术构建的全新自动化控制系统，不仅能够保持系统的稳定性，与传统的控制系统相比，以PLC技术为机构构建的系统结构更为简单，集成化程度相对较高，并且后续的升级以及维护难度均相对较低。因此作为一种自动控制系统，PLC系统更加能够满足港口输油臂控制使用的需求。

参考文献

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[2]姜绪彪,朱应韶,关汝滨.大型码头输油臂安全技术管理[J].油气储运,2008,27(12):49-52.