自升式平台基于PLC的阀门智能控制系统分析

马振超，李会通，申秋华

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司；2.海军勤务学院，天津 300450）

不同阀门在自升式平台上应用广泛，平台上一些液体、气体都需要可靠的控制技术控制阀门，一些自动化程度较低的平台中，其阀门控制主要以人工方式运行，工作人员手动操作，费时费力，效率较低，且操作平台高温、高压，人工操作存在一定安全隐患，应将自升式平台重要且人工操作不便的阀门设计自动智能控制，值班室进行远程控制及集中管理，提高阀门控制可靠性和安全性，也间接减少生产中人力成本，提高经济效益。

1 系统配置及控制

PLC 被称为可编程控制器，其可以和互联网连通使用，实现远程在线操作，对生产过程科学控制。自升式平台阀门智能控制系统以计算机技术为支持，结合PLC 控制器技术，输入阀门实际运行参数，以网络传输数据，发送命令，组成整个系统。之后，控制阀门驱动电机，实现阀门智能控制。此外，可以通过开度对流量换算，按照流量多少控制阀门需要开的程度，满足生产需求，值班室对阀门参数观测采集，传输控制。

针对系统运行需求，对系统设计，采用通用的西门子S7-200PLC 为控制系统核心，控制器自身功能强大，且设计合理，价格低廉，在不同生产系统中都有广泛应用。将PLC控制器和控制中心建立RS485 通信协议，系统则采用CPU224模块设计，模块中包含数字量输入14 个，数字量输出10 个，并设置PORT0PORT1 两个串行通信端口。阀门控制反馈信号上，扩展模拟量输出模块EM231，便于阀门开度信号精准采集。此外，PORT1 可设置自由口，以此采集电压、电流。PORT0 则和控制系统液晶屏、控制中心计算机相互连接，以RS485 进行通信，将设备通信模式设置MPI 模式，波特率为19.2kbit/s。

阀门远程智能控制可采用集控手动、集控自动两种方式。

（1）集控手动操作简单，用户在控制中心液晶显示屏页面控制启动或停止。

（2）集控自动操作更加简单，且控制精度高，用户以阀门开度输入具体开度值，启动后，系统自动按照编程闭环运动。但是，采用集控自动方式PLC 系统复杂。

PLC 运行后，系统检查阀门开度位置，若阀门属行程中某位置，则设定阀门开度值及当前位置数值的比较，判断阀门开启或关闭。

2 系统软件分析

软件以模块化结构设计，程序按照固定模块有序运行。此外，系统融入错误及故障判断，产生错误后立刻判断，系统运行可靠。PLC 系统软件可开机自检或循环自检。开启系统电源，程序对传感器输入信号、实际状态反馈等进行全面检测，确保各个子系统信号无误，运行阀门控制系统。系统运行中，程序也对各个输入信号、反馈信号自检（循环自检）。自检中，将子系统的状态参数传递给中心计算机记录分析，若发现异常情况，中心计算机发出命令停止运行并发出警报。

PLC 系统先运行主程序，初始化后采集数据，控制子程序运作。以PORT1 采集数据，初始化程序后进行终端参数配置，参数设置上，SMB186-SMB194 和控制、读取上的接收信息对应，SMB130 则读取程序，以通讯端口配置，自由口操作，提供通讯协议支持。同时，以寄存器完成对波特率，数据缓冲区地质、数据空闲时间等参数设置。

主程序设计，设置起始地址VB1100，电流、电压读取存在程序数据块内，读取指令，发送指令，PLC 接收数据后，将数据储存到VB1120 空间，数据按照字节读取。智能控制落实时，启动运行，主程序调动子程序，检测传感器，判断实际运行状态，执行各项控制，具体操作如下：系统自检，无误后设置阀门开度值，启动阀门，之后检查阀门载荷、过流、过压保护是否正常，若不正常，系统停止，若各项指标正常，读取此时阀门开度值，系统智能调节阀门开度，判断开度值和预先设置的开度值是否一致，若不一致，则再次检测阀门载荷、过流、过压保护等，若一致，则系统停止。

程序运行后，可执行开关控制命令。电机载荷在运行中变化较大，可在软件中融入载荷异常保护机制，通过载荷传感器，对电机的运行状况实时监测，监测电机负载H，保障阀门运行安全。

自升式平台阀门启动后，容易产生较大冲击，有较大负载。为实现对设备的科学保护，需在对设备调试的过程中，就测试阀门的启动负载及最小启动负载，计算开关之后，设备承受的最大负载。计算各项负载参数后，在软件当中输入数据，通过延时、极限判断，尽可能减少设备负载，保证阀门可以正常启动并运行。阀门启动，进入延时序列，延时期间实际负载大于启动负载，则判断为启动不正常，设备停机修复。阀门正常运行中，若发现负载小于最小负载或大于最大负载，则表明阀门运行错误，都需停机进行检查。系统运行中主要实时采集阀门开度数据，开关是否到位、电机电压、电流等是否正常等，发现一项数据异常，及时停止系统仔细检查。软件设计中融入系统自锁及互锁功能，若系统自检存在故障，系统自动锁定，停止阀门，直到故障排除之后才能再次启动控制系统。

在控制台方面，主要显示系统实际状态，便于管理人员进行操作管理。操作面板设计要尽可能人性化，考虑到人机互动的联系性，应尽可能优化人际操作界面。工作人员在工作现场输入个人用户账号密码后，登录系统，可控制系统执行操作。同时，得到阀门开度、电机电压、电机电流等多方面信息，便于用户分析数据、控制现场。

3 WinCC 监控系统设计

PLC 控制系统和互联网技术结合，将控制内容传递到上位机，上位机采用通用工控计算机，展示出阀门的实际运行状态及控制情况，对故障问题及时报警，明确故障的发生范围、处理方式。组态软件通过西门子WinCC6.0 的视窗作为自升式平台的控制中心，主要通过此视窗可以建立图形、监控及故障等画面，将其建立图形和内部管理的示意图，通过系统的组态，可以将实际生成的应用软件传递到对应的控制阀门处，落实科学阀门控制。

4 系统抗干扰及可靠性分析

以PLC 技术支持的自升式平台阀门智能控制系统，其发挥PLC 技术稳定、安全的自动控制特点，可代替管理人员完成一些危险性控制工作，并减少人工成本，适用于环境恶劣的控制系统。但是，在其实际应用中，需提供电力支持，提供接地及电磁屏蔽，做好抗干扰设计准备。系统自身通过自带的电池容量UPS 供电，及时在突发断电的情况下，PLC 控制系统仍不受影响，可及时关闭阀门，减少不必要的故障及事故发生概率，且可确保供电不发生意外间断。同时的，采用独立、并行及串行等多种方式，保证设备接地良好，将电信号线和动力线互相分开，单独敷设，做好电缆敷设保护。系统对控制性指令的要求较高，为确保系统整体稳定性和安全性，需重视系统安全控制和智能化控制，设置应急程序，在通讯方面，采取光缆通信或电缆通信，提高通信质量和效率。

此外，系统为确保整体生产的合理可靠，设置自锁和互锁功能，一旦发生故障意外，系统智能选择自锁或互锁，保护系统及设备。例如，在运行中若阀门软件的设定开度已经超出最大开度，则系统开启自锁功能，自动锁定，不再启动开启阀门系统。阀门实际运行中，为避免电机方向发生意外改变，对电机设备造成较大破坏，软件可实现互锁功能，避免电机受到较大冲击，发生损坏。阀门打开的过程中，无法启动阀门关闭，关闭过程中，也无法执行启动阀门命令，需在停机之后，改变阀门电机的运行方向，给阀门电机一定的转换时间，提高电机使用寿命。

5 结语

综上所述，近年来，我国经济高速发展，自升式平台不断增加，对应的平台自动化、智能化控制程度逐渐增加。部分智能化程度不高的平台需积极改造优化，适应时代发展需求。文章对基于PLC 的自升式平台阀门智能控制系统详细分析，提出以PLC 技术为支持，结合互联网技术等，对原本系统优化改造，提高阀门控制的精确度和安全度，确保平台阀门的运行稳定，也减少管理人员管理工作强度，提高作业效率和质量，为今后自升式平台的维护和生产运行工作开展做出一定贡献。