海上油轮液位遥测系统的设计与应用.pdf

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1、第6期石峰等．海上油轮液位遥测系统的设计与应用701海上油轮液位遥测系统的设计与应用石峰1史书臣1王国敬2(1．天津信达自动化工程有限公司，天津300457；2．天津理工大学天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津300384)摘要利用西门子PLC控制系统和先进的VEGA传感器、气泡液位计、计算机通讯技术，实现对油轮各舱室存储介质液位与压力等参数进行远程监测、控制系统设计与应用。该液位遥测系统已成功稳定运行。关键词液位遥测PLC传感器通讯中图分类号TP274．文献标识码A文章编号1000-3932(2011)06-0701-03为了

2、实现对海上油轮的油舱、生产水舱、生活水舱及柴油舱等舱室的液位进行远程测量与监控，针对油轮的结构特点，结合液位监控的要求，设计了油轮液位遥测系统¨’21。该系统由传感器、数据采集单元、数据处理分析单元和数据显示单元组成。操作者可直观、及时和全面了解油轮各液舱的液位、压力及介质温度等现场参数，并可对监视界面任意选择切换或进行报警量程设定、修改等。1系统硬件架构设计针对油轮各船舶¨1液舱介质的特点，系统采用西门子S7．300、油舱气泡液位测量装置、VEGA传感器等构成硬件结构。系统硬件结构设计由1个数据采集控制处理主站、两个信号采集从站、3个

3、显示终端以及多台传感器组成。系统的主、从站点之间以PROFIBUS-DP形式进行通讯，从站的通讯模块选择西门子ET200。数据采集处理主站安装于集中显示控制柜内，两个信号采集从站分别安装于集中显示控制柜内和现场液位关断箱内。为了加强系统的可靠性，设置了功能完全一致的两套互为主备的控制器，可手动切换开关进行两者间的无扰切换。系统有3个显示终端：一个作为现场显示终端安装在采集空气阀控箱上；一个安装在集中显示控制柜上；一个用作远程监视。各分站采集的数据在主站控制器里进行计算处理，然后显示在各显示终端上。1．1系统硬件架构布置液位遥测系统硬件结

4、构布置(图1)如下：a．集中显示控制柜安装于操控室，系统的采集主站和从站安装在其中。b．空气阀控箱内装有静压式压力传感器、安全栅、接线端子、空气调压阀和触摸显示屏。c．液位关断采集控制箱中，安装液位关断信号接收、通讯设备及信号连接端子。舱室液位关断系统的传感器采集的关断信号接入液位关断设备箱。箱内有一个系统采集从站，与主站进行通讯，将采集到的液位关断信号发送到主站。L一一兰塑竺旦⋯ji一兰竺苎竺竺j图1液位遥测系统硬件架构布置图1．2系统控制部分硬件设计依据系统的数据采集规模、现场信号的类型以及系统硬件信号采集特点，控制系统部分主要硬件

5、的选择如下：CPU控制器CPU313C-2DP通讯控制器CP3431LEAN，2木RJ45DP通讯连接头6Es79720BBl20XAODP接口模块DPET200模拟量输入模块8幸12BIT收稿日期：20114)1"05一集中显一f控制柜～一702化工自动化及仪表第38卷以太网集线器FOURPORT100M开关电源220VAC／24VDC14．5A背板支架S7-300RACK(主从)1．3信号采集硬件的设计信号采集的硬件如下：a．VEGA压力传感器。检测原油舱室的封舱氮气压力，具有现场显示功能。b．VEGA温度传感器。检测各个舱室的温度

6、，具有现场显示功能。c．导向微波传感器。检测原油舱、生产水舱、净水舱及污油舱的液位，具有现场显示功能。d．静压式传感器。检测空气管道内的压力。e．气泡式液位计。通过测量经引压管从被测液舱舱底传来的气压(气泡测量原理)计算舱室内液位的高度。该传感器的测量范围通过现场触摸屏设定。系统压力传感器规格为0～1MPa，其它传感器为0—0．25MPa。1．4气泡式液位计设计气泡式液位计系统的气源经过滤调压后输出压力为0．15—0．20MPa，系统安全阀0．32MPa。减压后的压缩空气通过管线分配给各个舱室，静压式压力变送器实时测量管线内气体的压力变

7、化，即实时检测舱室内的液位变化；压力计采集的数据送到PLC系统进行运算处理后，在系统显示器上显示液舱的液位、舱室液体体积或重量。气泡式液位计示意图如图2所示。其具体工作参数如下：工作压力0．2一O．3MPa供气压力0．5—0．8MPa测量深度0一lOm每舱耗气量0．8—1．2L／h图2气泡式液住计示意图2系统通讯的设计根据系统的结构和主从采集站之间的通讯距离，主站的触摸屏和远程监控计算机设计通过以太网TCP／IP协议与系统的控制器CPU进行数据交换通讯。同时，根据数据采集处理硬件的特性，采集主站与采集从站之间依PROFIBUS—DPHl

8、方式通讯传输数据。其通讯设置"1设计包括PLC数据采集处理系统的TCP／IP通讯地址设计和主站与从站的通讯模块DP地址设计。根据数据采集系统的通讯结构，PLC数据采集处理系统内以太网模块(CP343-1)的