张黎明

(中国航空油料有限责任公司华东公司,上海 200335)

机场油库供油自控系统设计分析

张黎明

(中国航空油料有限责任公司华东公司,上海 200335)

自控系统在中航油机场油库供油保障中,起着保驾护航的重要作用。本文从机场油库自控系统的罐区液位计量系统、质量检查罐自动排油系统、PLC控制柜设计、供油系统参数和控制方式、数据读入自控系统方式、应急供油系统六方面,从硬件设施、通信与控制方式等方面提出设计解决方案,旨在提高自控系统可靠性和稳定性,降低保障航油供油保障压力,提出供油自控系统设计合理化建议。

机场油库自控系统 PLC 应急供油

机场油库作为航煤储存和输送链上的关键一环,供油自控系统承担着保障航油供应,保证生产和操作人员安全,减少操作人员劳动强度,提高行业管理水平以及企业经济效益的重要任务,其重要性和可靠性不言而喻。

1 罐区液位计量系统

自控系统通过液位信号可以实现高低液位报警、收发油罐自动切换等联锁功能。油罐现场仪表基本为进口设备,自身可靠性较高,液位信号的稳定、可靠传输显得尤其关键。液位计信号可通过4-20mA信号、总线传输、无线通讯等方式进入自控系统。

下面以罗斯蒙特雷达液位计为例,提供液位计信号传输解决方案。

(1)总线和4-20mA信号通讯。系统通过总线通讯FCU和4-20mA两种方式获取液位计信号,PLC通过Mobus协议与FCU建立通讯,读取液位计液位、温度等信号。本方案适用于新建油罐液位计量,在上海虹桥机场成功实现。

(2)总线和无线通讯。系统通过总线通讯和无线通讯两种方式获取液位计信号,PLC通过Modbus协议与FCU建立通讯,读取液位计液位、温度等信号；无线通讯获取液位计数据后通过OPC直接通过上位组态软件读取液位计的相关数据。本方案适用于旧罐液位计量,在宁波栎社机场油库成功实现(如图1、图2所示)。

2 质量检查罐自动排油系统

目前机场油库质量检查罐排油方式基本为手动,需要经人工检查液位后手动排油,由于每天排油量相对较大,容易疏忽,导致排油不及时,存在冒油风险。

针对这一情况,设计考虑在质量检查罐上安装液位开关或液位计,通过高低液位信号实现质检泵的启动和停止。将液位计信号和质检泵的运行、启动、停止、电流等信号传输给主控室PLC,用PLC编程来实现质检泵的启动和停止,系统并能及时发出液位高低报警或质检泵报警,提醒操作人员。主控室操作人员能够实时监控质量检查罐的液位情况,在控制室自动或手动启动质检泵,实时监测质检泵的运行情况。

图1

3 PLC控制柜设计

PLC控制柜设计是否合理对自控系统日后的稳定运行和维护至关重要,因此建议柜内关键设备冗余配置。

3.1 双机热备、双缆冗余设计

由于自控系统可靠性、稳定性、实时性的要求很高,建议PLC自控系统采用双机热备、双缆冗余的配置。

双机热备是指CPU热备冗余配置,两块CPU模块通过热备光口的通讯,每个扫描周期,主CPU都要根据自身的I/O状态表,来更新备用CPU的I/O状态表,使备用CPU始终与主CPU保持同步,当主CPU模块或系统发生故障时,通过热备通讯,可以同步、无扰动进行CPU模块的切换,完成系统控制权从主CPU到备用CPU的转移。

双缆冗余是指为了保证通讯的可靠性,CPU与I/O模块之间采用双缆冗余的远程通讯方式,通讯介质为电缆。

3.2 设备信号分类设计

每个可控设备的信号对于整个自控系统来说都应该是独立的。单个设备的信号故障(短路、断电等)不应影响整个自控系统的稳定运行。因此每个设备的信号供电均为独立供电,可单独控制。

3.3 电源系统冗余设计

自控系统的供电电源一般电压等级为AC220V和DC24V两种。

为保证整个供油控制系统供电的可靠性和稳定性,建议自控系统的电源设计均采用双路热备,并配有UPS。

所谓双路热备就是从外线引入不同两路AC220V电源至交流电源自动切换分路器。系统正常工作时,A路处于供电状态,B路处于备用状态。当A路失电时,系统能够自动切换至B路电源,切换时间＜20ms。

图2

4 供油系统参数和控制方式

供油自控系统采集机坪加油总管的压力信号,根据压力的设定值同实际值的偏差进行加油泵变频的恒压控制,并参考每个加油泵出口流量信号,启停加油泵,始终保证加油管线压力的恒定。自控系统根据加油总管压力和流量的变化控制投入运行的航煤加油泵台数。

4.1 加油泵变频控制

目前大多数机场油库加油泵采用软启动器和变频器组合的控制方式,随着这几年变频器和软启动器的差价不断缩小,越来越多的自控系统油泵采用全变频器控制方式,全变频优点如下:多台变频器起到了互为备用的作用；在并泵时可以实现大泵带小泵,有效减缓了并泵时对系统的冲击；变频器与加油泵实现了一对一控制,就不需要在加油泵之间来回切换,简化电气回路,方便操作维护。

4.2 供油总管压力变送器

供油控制系统的核心是恒压供油,加油总管压力是整个系统的核心参数。现有大多数机场油库加油总管只设置一台压力变送器,如其损坏,将无法实现变频调节。因此建议设计时加油总管配置三台压力变送器,压力信号进入PLC后,进行编程计算,通过压力值三取二后再取平均值参与恒压控制或者通过编程人工选择任何一点压力参与恒压控制。

5 现场数据读入自控系统方式

现场数据读入自控系统有两种方式,一是与计算机直接通信,二是与PLC直接通信。

(1)与计算机直接通信。计算机上位组态软件获取现场数据后,通过计算机将数据信号再写入PLC,PLC对该计算机的依赖相对较高,且计算机相比PLC的稳定性较差。因此使用该方式对于整个控制系统来稳定性较差。

(2)与PLC直接通信。无论是总线通讯FCU方式还是无线通讯1420方式都提供了Modbus通讯接口,PLC可以直接通过Modbus接口直接将数据读入PLC控制系统。使用该方式通讯可靠性和稳定性较高。

综上所述,建议现场数据通过PLC读入自控系统,提高可靠性和稳定性。

6 应急供油系统

随着机场进出港航班的不断增多,北京、上海、广州机场每天甚至仅有一个小时左右没有航班,机场油库供油总量和供油频率快速增长,使得供油自控系统几乎没有时间,也无法停止进行检修维护。如果自控系统出现故障,将导致大面积航班延误,造成不良的社会影响。因此机场油库设置应急供油系统是必要的,也是保证机场油库安全、可靠、稳定供油的有效措施。

机场油库应急供油系统分为手动应急供油系统和自动供油系统两种。

(1)手动应急供油系统。当PLC系统故障,操作人员利用变频器控制柜上的启停按钮直接启动加油泵,并根据管线压力大小手动调节变频器频率,手动启停加油泵。本系统是全手动操作,需要操作人员实时对现场的供油情况进行观察,只适用于短时间应急加油。

(2)自动应急供油系统。当PLC控制系统出现故障无法短时间恢复时,设置专用小型PLC,加油泵的运行、启动和停止信号,变频器频率反馈、频率给定信号,加油总管压力、流量信号等关键数据接入PLC。本系统运行可靠,可满足较长时间运行。

应急供油系统根据油库现有设施设备状况,在原有系统的备用元件上进行改进,控制方式简单,仅仅需要一键即可完成“自控系统”与“应急系统”之间的切换和启动,应急系统甩开阀门、液位等其它联锁控制信号,仅从现场接入流量、压力、频率等控制信号,只对加油压力和泵的运行进行控制,简化流程,减少操作。

7 结语

随着国家经济的飞速发展,机场旅客吞吐量和货邮吞吐量的迅猛增长,飞机航煤加油量快速增加,航油供油保障压力与日俱增,无论从安全、经济效益角度,还是以人为本角度,建议在今后设计机场油库自控系统时,考虑关键设备冗余及应急供油系统的设计,提高其可靠性和稳定性,以满足供油保障的运营要求,实现经济效率和社会效率双丰收的良好局面。

张黎明(1974—),男,浙江诸暨人,工程师,大学本科,从事机场供油自动控制和人力资源工作。