[Zusammenfassung] Dieser Artikel beschreibt das Funktionsprinzip und den Prozess der automatischen Rohölmessung mittels SPS + IPC. Die Hardware-Konfiguration und das Software-Flussdiagramm des Systems werden erläutert, und die technischen Merkmale sowie die Anwendungsvorteile der SPS + IPC-Technologie in der Messung werden hervorgehoben. Das Projekt wurde erfolgreich an mehreren Messstationen entlang der Fernleitung Shandong-Ningxia eingesetzt und erzielte gute Kalibrierungsergebnisse hinsichtlich Messgenauigkeit, Systemstabilität, Arbeitseffizienz, Zuverlässigkeit und Bedienbarkeit. Schlüsselwörter: IPC, SPS, Rohölmessung 1 Einleitung Im Rohöltransportprozess der Erdölindustrie müssen Durchflussmesser zwischen verschiedenen Unternehmen umgepumpt werden. Die Messgenauigkeit ist ein entscheidender Parameter, da sie die Wirtschaftlichkeit und den Ruf der Unternehmen beeinflusst. In den letzten Jahren haben sich speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) mit der rasanten Entwicklung der industriellen Steuerungstechnik in diesem Bereich weit verbreitet. Sie bieten zusätzliche Steuerungsfunktionen wie PID-Regelung, Servofunktionen und Hochgeschwindigkeitszählfunktionen (HSC) und zeichnen sich gleichzeitig durch hohe Zuverlässigkeit aus. Dies ermöglicht die automatische Rohölmessung mittels speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS). Daher nutzen wir einen Industrie-PC (IPC) und eine SPS, um ein neuartiges, verteiltes, automatisches Rohölmesssystem zu realisieren. Dieses System kann Daten via Ethernet an die Leitwarte übertragen. Das Projekt wurde erfolgreich an mehreren Messstationen entlang der Luning-Fernpipeline eingesetzt und erzielte gute Kalibrierungsergebnisse hinsichtlich Messgenauigkeit, Systemstabilität, Arbeitseffizienz, Zuverlässigkeit und Bedienbarkeit. 2 Funktionsprinzip und Hardwarekonfiguration 2.1 Funktionsprinzip des Steuerungssystems Die Systemstruktur ist in Abbildung 1 dargestellt. Beim Öltransport per Pipeline werden die entsprechenden elektrischen Ventile über die SPS in der Feldleitwarte geöffnet/geschlossen, um Prozesse zu schalten und die entsprechenden Durchflussmesser in Betrieb zu nehmen. Der Durchflussmesser-Transmitter sendet Impulse an die SPS, die mithilfe eines Hochgeschwindigkeits-Zählmoduls die Anzahl der vom Durchflussmesser ausgesendeten Impulse erfasst und unter Standardbedingungen in Volumenwerte umrechnet. Gleichzeitig erfasst die SPS in Echtzeit Druck und Temperatur des Fluids (bereitgestellt vom Druck- bzw. Temperaturtransmitter). Alle Daten werden per Ethernet an die übergeordnete IPC gesendet. Die IPC kombiniert die Echtzeit-Druck- und Temperaturwerte des Fluids und ruft die Rohöl-Messdatenbank ab, um den gemessenen kumulativen Wert in den kumulativen Wert unter Standardbedingungen (20 °C, 101.325 Pa) umzurechnen und die Daten auf der Festplatte der IPC zu speichern. Darüber hinaus kann die IPC den Drucker ansteuern, um den Messbericht auszudrucken. 2.2 Software- und Hardwarekonfiguration des Steuerungssystems Das Steuerungssystem besteht im Wesentlichen aus Primärgeräten, Sekundärgeräten, der Steuereinheit und der Software. Zu den Primärgeräten gehören hauptsächlich Manometer, Thermometer, Durchflussmesser usw.; zu den Sekundärgeräten gehören hauptsächlich Temperaturtransmitter, Drucktransmitter, Impulstransmitter, elektrische Ventile usw. Die Steuereinheit umfasst im Wesentlichen eine SPS, einen IPC (konfigurierte Netzwerkkarte), einen Drucker, einen Hub und Anwendungssoftware usw. (siehe Abbildung 1). 2.2.1 Hardware (1) IPC: Um eine hohe Systemzuverlässigkeit zu gewährleisten, wurde der in China weit verbreitete Dell GX260 Computer ausgewählt. Die Konfiguration ist wie folgt: P III 1,7 GHz CPU, 256 MB Arbeitsspeicher, 40 GB Festplatte, SONY 21-Zoll-Flachbildschirm, 64 MB Grafikkarte, Soundkarte und Lautsprecher (für Alarme und Meldungen) usw. (2) SPS: Als Steuerkern des Systems wurde die A2B SPS der Rockwell Corporation (USA) ausgewählt. Sie zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit, starke Funktionalität und gute Skalierbarkeit aus. Die Konfiguration ist wie folgt: Die CPU ist eine 17472L551B (mit integriertem Ethernet-Anschluss); Das analoge Eingangsmodul (AI) ist ein 17462NI4 mit vier analogen Hochpegeleingängen, die Standardsignale von 4 mA bis 20 mA verarbeiten können. Es bietet eine 12-Bit-A/D-Wandlungsgenauigkeit und verfügt über Funktionen zur Überwachung von Eingangsüberschwingen sowie zur Filterung von Messstörungen. Das analoge Ausgangsmodul (AO) ist ein 17462NO4I mit vier analogen Ausgängen, benötigt keine externe Stromversorgung und kann verschiedene Standardsignale ausgeben, darunter 0 mA bis 20 mA, 4 mA bis 20 mA, ±10 V usw. Das digitale Eingangsmodul (DI) ist ein 17462I ×16 mit 16 isolierten 24-V-DC-Eingängen, die alle mit Filtern ausgestattet sind, um eine maximale Störfestigkeit von 0,1 ms zu gewährleisten und Störungen der Netzversorgung herauszufiltern. Das digitale Ausgangsmodul (DO) ist ein 17462O ×16 mit 8 Relaisausgängen, das Überlast- und Kurzschlussschutz bietet und über eine Kanalfehler-Selbstdiagnosefunktion verfügt. Das HSC-Modul verwendet ein 17462HSCE, das Impulse mit einer maximalen Frequenz von 40 kHz zählen und Aufwärts-, Abwärts- oder Aufwärts-/Abwärtszählung realisieren kann. (3) Netzwerkfunktion: Gemäß den Anforderungen der Fernüberwachung von Felddaten in Echtzeit ist jede IPC mit einer Netzwerkkarte ausgestattet. Die SPS und die IPC sind über geschirmte Twisted-Pair-Kabel der Kategorie 5 mit hoher Störfestigkeit zu einem Ethernet-Netzwerk verbunden. Da der Messraum weit von der Leitstelle entfernt ist, wurde ein 8-Kanal-Hochgeschwindigkeits-Hub von 3COM in die Leitung integriert, um eine zuverlässige Datenübertragung zu gewährleisten. (4) Durchflussmesser: Es wird ein Rotordurchflussmesser vom Typ UF2 II der japanischen Firma OVAL Corporation verwendet. Dieser zeichnet sich durch hohe Genauigkeit, einen großen Messbereich und gute Wiederholgenauigkeit aus. Der Durchflussmesser ist mit einem Nulldurchgangszähler und einem Regler ausgestattet. Die Durchflussmessung und -übertragung erfolgt über einen Impulstransmitter vom Typ PG30EP der Firma OVAL. (5) Temperatur- und Druckmessgeräte: Sowohl Temperatur- als auch Drucktransmitter liefern Standardsignale von 4 mA bis 20 mA. (6) Elektrische Ventile: Die elektrischen Ventile können über einen 24-V-DC-Schaltausgang vollständig geöffnet oder geschlossen werden. Zusätzlich geben sie passive Positions- und Statussignale aus. 2.2.2 Software: Die Systemsoftware umfasst im Wesentlichen Plattformsoftware, SPS-Programmiersoftware und IPC-Konfigurationssoftware. (1) Systemplattformsoftware: Als Systemplattform dient Windows 2000. Das Systempasswort und die Bedienerhinweise sind festgelegt, und einige Softwarefunktionen sind gesperrt, um den Systembetrieb einzuschränken und unbefugten Zugriff zu verhindern. (2) SPS-Programmiersoftware: Es wird RSLogix 500 von A2B verwendet. Dies ist eine Windows-basierte Programmiersoftware speziell für SPS der A2B-500-Serie. Es unterstützt verschiedene Sprachmodi wie Kontaktplan (LD), Befehlsliste (IL) und Ablaufdiagramm (SFC). Es verfügt über Online-Programmier-, Diagnose- und Simulations-Debugging-Funktionen. Es unterstützt Ethernet und Kommunikationsprotokolle bzw. Busse wie DF1 Vollduplex, DH485 und DF1 Halbduplex Master/Slave. (3) IPC-Konfigurationssoftware: Citect 5.0, eine bekannte Industriesteuerungssoftware der australischen SEAT Corporation, wurde ausgewählt. Diese Software läuft unter Windows NT/2000 und zeichnet sich durch hohe Abtastrate, starke Echtzeitfähigkeit und hohe Zuverlässigkeit aus. Sie ist einfach zu konfigurieren, bietet verschiedene Alarmmodi und ermöglicht die einfache Erstellung von Echtzeit- und historischen Trendkurven. Sie lässt sich nahtlos mit anderen Anwendungssoftware wie VB, VC, VF, Excel usw. verbinden und ermöglicht die flexible und komfortable Datenabfrage und Berichtserstellung. 3. Datenfluss und Softwareprozess des Steuerungssystems 3.1 Datenfluss (1) Die SPS liest die Feldtemperatur- und Druckdaten (Standardsignal 4 mA bis 20 mA) über das Analogeingangsmodul ein und wandelt sie entsprechend den verschiedenen Messbereichen in Standard-Ingenieureinheiten um. Sie liest das Impulssignal des Durchflussmessers über das Hochgeschwindigkeitszählmodul ein, und das Hauptprogramm ruft die Messroutine auf, um die Momentan- und kumulativen Durchflusswerte anhand des Impulsdurchflussverhältnisses zu berechnen. Der Prozess wird automatisch durch Ansteuern des elektrischen Ventils des Schalteingangs-/Ausgangsmoduls umgeschaltet. (2) Die IPC liest Daten von der SPS über das Kommunikationsmodul und speichert sie in der lokalen Datenbank. Die Anwendung liest und zeigt die Felddaten sowie die Momentan- und kumulativen Durchflusswerte an. Gleichzeitig liest und führt die SPS über das Kommunikationsmodul die Betriebsanweisungen der IPC aus. (3) Die SPS übermittelt die erfassten und berechneten Parameter des zu prüfenden Durchflussmessers an die IPC. Das IPC kombiniert die Echtzeit-Druck- und Temperaturwerte des Fluids, ruft die Rohölmessdatenbank ab und rechnet die gemessenen kumulativen Werte in kumulative Werte unter Standardbedingungen um. Anschließend ruft das IPC das Excel-Berichtssystem auf, um die Daten zu erfassen, und veranlasst den Drucker, den Messbericht automatisch auszudrucken. 3.2 Softwareablauf Der Softwareablauf ist in Abbildung 2 dargestellt. Basierend auf der obigen Herleitung ist das Logikdiagramm in Abbildung 4 dargestellt. Zusammenfassend lässt sich die Implementierung der Funktionserweiterung des Prioritätsencoders (am Beispiel des T4148) wie folgt darstellen: Der Enable-Eingang des Chips mit der höchsten Bitanzahl dient als Gesamt-Enable-Eingang, der Enable-Ausgang des Chips mit der niedrigsten Bitanzahl als Gesamt-Enable-Ausgang. Zwischen zwei benachbarten Chips wird der Enable-Ausgang des Chips mit der höheren Bitanzahl mit dem Enable-Eingang des Chips mit der niedrigeren Bitanzahl verbunden. Der Gesamterweiterungsanschluss YEX ist die logische UND-Verknüpfung der Erweiterungsanschlüsse aller Chips. Im Gesamtcode-Ausgang sind die unteren drei Bits (Z2, Z1, Z0) die logische UND-Verknüpfung der Ausgänge Y2, Y1 und Y0 aller Chips. Der Ausgang der höheren Bitanzahl muss über den Erweiterungsanschluss YEX realisiert werden. Bei Verwendung von 4 T4148-Chips zur Bildung eines 32-Leitungs-zu-5-Leitungs-Prioritätsencoders können die Wahrheitstabelle des Erweiterungsanschlusses und des höherwertigen Bitcode-Ausgangs wie in Tabelle 4 dargestellt aufgelistet werden. 4. Schlussfolgerung Obwohl dieser Artikel die Erweiterungsdesignmethode für Prioritätsencoder behandelt, kann der gleiche Ansatz auch für die Erweiterung anderer logischer Funktionsbausteine ​​verwendet werden.