CN109308045A - 管道站场现场远程i/o控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道站场现场远程I/O控制装置，该装置包括：光口交换机一端与PLC1通信连接，另一端与处理器的一端通信连接；输入/输出装置一端与处理器的另一端通信连接，另一端与现场检测设备通信连接；电源控制装置一端与UPS电连接，另一端分别与光口交换机、处理器和输入/输出装置电连接。本发明的有益效果为：使管道建设更趋于标准化、模块化、人性化、科学化；提高现场控制系统的稳定性、安全性、开放性；使其减少施工工序及材料；方便运行维护、减少设备投资和施工费用；便于今后现场检测控制设备的扩容；并具有极强的环境适应能力，同时更可露天设置在爆炸危险区域内；多个现场远程I/O控制系统可集成并实现规模更大的控制系统。

Description

管道站场现场远程I/O控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及管道系统技术领域，具体而言，涉及一种管道站场现场远程I/O控制装置及控制方法。

背景技术

对于管道站场现场设备的检测和控制，以往工程均采用将现场设备的检测和控制电缆直接敷设至站控制室的控制系统PLC机柜上，或是将现场设备的检测和控制电缆敷设至现场设备附近的远程机柜间内的远程控制系统PLC机柜上,再通过网络通信将远程控制系统PLC上的信息传送到站控制室控制系统PLC的方法。

如果采用将现场设备的检测和控制电缆直接敷设至站控制室控制系统PLC机柜上的方法，现场所有设备检测和控制用的电缆都需敷设至站控制室，这样不仅敷设的电缆数量大，投资高，而且势必造成控制室的PLC机柜数量也很多，控制室的面积也很大，相应的征地面积也增加；同时，一旦现场设备到站控制室的检测、控制用的电缆发生故障，由于现场电缆数量大、种类多，则在现场很难确认具体的电缆故障点，给维护检修带来困难；而且如果站控制系统PLC主处理器出现运行故障，就会影响到所有现场设备的监测和控制，降低了控制系统的可靠性、稳定性及安全性；另外，如果今后现场设备扩容，增加检测和控制设备的参数，就需重新敷设从现场检测、控制设备到站控制室控制系统PLC之间的电缆，由于管道站场为防爆区域，改造会给生产运行带来不便，也增加改造费用。

如果采用将现场设备的检测和控制电缆敷设至现场设备附近的远程机柜间内的远程控制系统PLC，再通过网络通信将远程控制系统PLC上信息传送到站控制室控制系统PLC上的方法，这样虽然减少了站控制系统PLC与远程控制系统PLC之间的大量电缆(由多根硬线连接电缆变成单根或双根网络通信电缆)，也减少了控制室机柜数量，减少了控制室的面积，但该种方法须在现场设备附近设置远程控制系统机柜间，现场机柜间内的机柜数量同样也很多，面积也很大，相应的征地面积不会减少，现场检测和控制的电缆仍需要敷设至远程机柜间的远程控制系统PLC上；同时为了保证远程控制系统PLC的正常工作，还要对远程控制系统机柜间采取必要的采暖、供电、火灾报警检测等措施，这样势必加大了投资成本。如果现场设备到远程机柜间远程控制系统的检测、控制电缆发生故障时，由于大量的现场电缆存在，则在现场很难确认具体的电缆故障点，给维护检修带来困难；而且如果远程机柜间的远程控制系统出现运行故障，就会影响到所有现场设备的检测和控制，降低了控制系统的可靠性、稳定性、安全性；同时，如果今后现场增加检测控制设备或增加检测和控制参数，则需重新敷设从现场检测、控制设备到远程机柜间的远程控制系统PLC之间的电缆，由于管道站场为防爆区域，会给生产运行带来不便，也增加改造费用。

因此，无论采用上述何种方法，都会影响到检测控制系统的安全性、可靠性、稳定性，也增加了控制系统的投资，不利于今后现场设备的扩容，给生产运行及维护检修带来困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种管道站场现场远程I/O控制装置及控制方法，使管道建设更趋于标准化、模块化、人性化、科学化、提高现场控制系统的稳定性、安全性、开放性。

本发明提供了一种管道站场现场远程I/O控制装置，该装置包括：

光口交换机，其一端与PLC1通信连接，所述光口交换机另一端与处理器的一端通信连接；

输入/输出装置，其一端与所述处理器的另一端通信连接，所述输入/输出装置另一端与现场检测设备通信连接；

电源控制装置，其一端与UPS电连接，所述电源控制装置另一端分别与所述光口交换机、所述处理器和所述输入/输出装置电连接。

作为本发明的进一步改进，所述电源控制装置和所述UPS之间设有电源防浪涌保护器，所述输入/输出装置和所述现场检测设备之间设有信号防浪涌保护器。

作为本发明的进一步改进，所述光口交换机、所述处理器和所述电源控制装置均冗余设置。

作为本发明的进一步改进，所述光口交换机、所述处理器、所述电源控制装置、所述电源防浪涌保护器、所述输入/输出装置和所述信号防浪涌保护器均集成在防爆仪表箱中。

作为本发明的进一步改进，所述防爆仪表箱底部设有14个仪表电缆进出线口。

作为本发明的进一步改进，所述14个仪表电缆进出线口的公称直径均为25mm。

作为本发明的进一步改进，所述处理器为266MHz、32位微处理器。

本发明还提供了一种管道站场现场远程I/O控制方法，该方法包括：

步骤1、现场检测设备将所得检测信息传输至输入/输出装置中，输入/输出装置再将所接收的检测信息传输至处理器中；

步骤2、处理器将接收的检测信息传输至光口交换机中，光口交换机将接收到的检测信息进行光电转换，并将转换后的检测信息传送至PLC中予以显示；

步骤3、PLC对检测信息进行分析处理得出控制信息，并将控制信息反馈至光口交换机中；

步骤4、光口交换机将所得到的控制信息进行光电转换，并将转换后的控制信息反馈至处理器中，处理器则将得到的控制信息反馈至输入/输出装置中；

步骤5、输入/输出装置将接收到的控制信息反馈至现场检测设备中，现场检测设备则根据所收到的控制信息进行检测操作。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1中现场检测设备所得检测信息需先经过信号防浪涌保护器再传输至输入/输出装置。

作为本发明的进一步改进，所述步骤5中输入/输出装置所接收到的控制信息需先经过信号防浪涌保护器再反馈至现场检测设备。

本发明的有益效果为：使管道建设更趋于标准化、模块化、人性化、科学化；提高现场控制系统的稳定性、安全性、开放性；使其减少施工工序及材料；方便运行维护、减少设备投资和施工费用；便于今后现场检测控制设备的扩容；并具有极强的环境适应能力，同时更可露天设置在爆炸危险区域内；所述管道站场现场远程I/O控制装置的各个组成部分都具有开放系统的特性，多个现场远程I/O控制系统通过冗余的工业光纤以太网相连接，可集成并实现规模更大的控制系统。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种管道站场现场远程I/O控制装置结构示意图。

图中，

1、PLC；2、光口交换机；3、处理器；4、电源控制装置；5、电源防浪涌保护器；6、UPS；7、输入/输出装置；8、信号防浪涌保护器；9、现场检测设备。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，本发明实施例所述的是一种管道站场现场远程I/O控制装置，该装置包括：

光口交换机2，其一端与PLC 1通信连接，光口交换机2另一端与处理器3的一端通信连接；

输入/输出装置7，其一端与处理器3的另一端通信连接，输入/输出装置7另一端与现场检测设备9通信连接；

电源控制装置4，其一端与UPS 6电连接，电源控制装置4另一端分别与光口交换机2、处理器3和输入/输出装置7电连接。

管道站场现场远程I/O控制装置可以根据现场需要选择安装在爆炸危险区1区和2区，其内置本质安全型安全栅，无需额外安装安全栅，通道隔离、监测以及LED指示，支持多种信号类型，支持在线热插拔。其中，PLC 1对接收的检测信息根据编辑好的程序进行分析处理之后得到出控制信息；光口交换机2连接光纤工业以太网将获取的检测信息或控制信息进行光电转换；处理器3用于接收输入/输出装置7上传的检测信息，或接收光口交换机2反馈的控制信息；电源控制装置4通过供电回路为管道站场现场远程I/O控制装置中的光口交换机2、处理器3和输入/输出装置7提供24V直流电源；站场控制室中不间断电源UPS 6为电源控制装置4提供220V交流电源；输入/输出装置7用于接收现场检测设备9的检测信息，或接收处理器3反馈的控制信息；现场检测设备9用于现场检测并将获取的检测信息上传至输入/输出装置7中，或按照输入/输出装置7反馈的控制信息进行现场检测。

本实施例中光口交换机2选用台湾MOSA生产的ESD-308-MM-SC-T V2.1；处理器3选用GE公司生产的MOST 8000系列，处理器为8851-LC-MT，底座为8750-CA-NS；电源控制装置4选用GE公司生产的MOST 8000系列中的8914-PS-AC，89143-PS-AC；输入/输出装置7选用8810-HI-TX，8811-IO-DC，底座及端子为8709-CA-08，8615-FT-4W。

管道站场现场远程I/O控制装置的技术参数如为：抗腐蚀等级：ISA SP71.04 G3等级；工作环境温度范围：-40℃～+70℃；湿度范围：5％～95％相对湿度；抗冲击：EN60068-2-27，30g；抗振动：EN60068-2-6，5g；TüV IEC61508认证；内置IEC61131标准程序；高级功能模块，紧密地对等通讯，集成的人机界面接口。

管道站场采用现场远程I/O控制系统装置后可实现为过程控制、离散控制、策略控制及过程监视提供了完整的集成化解决方案，是一种能使管道建设更趋于标准化、模块化、人性化、科学化、提高现场控制系统的稳定性、安全性、开放性、使其减少施工工序及材料、方便运行维护、减少设备投资和施工费用、便于今后现场检测控制设备的扩容，具有极强的环境适应能力，并可露天设置在爆炸危险区域内的管道站场场远程I/O控制系统装置。多个现场远程I/O控制系统通过冗余的工业光纤以太网相连接，可集成并实现规模更大的控制系统。适用于所有管道站场现场控制系统的远程I/O控制方式，对于长输管线工程、油气田地面工程、油库工程的现场远程I/O控制系统有着巨大的应用空间和良好的经济效益。

进一步的，电源控制装置4和UPS 6之间设有电源防浪涌保护器5，输入/输出装置7和现场检测设备9之间设有信号防浪涌保护器8。电源防浪涌保护器5将UPS 6产生的大量脉冲能量短路泄放到大地，降低电源控制装置4和UPS 6接口之间的电位差，从而保护整个电路上的电源控制装置4、光口交换机2、处理器3和输入/输出装置7等设备。本实施例中电源防浪涌保护器5选用MTL公司生产的MA3145-230-1-R，信号防浪涌保护器8选用MTL公司生产的ST32t3。

进一步的，光口交换机2、处理器3和电源控制装置4均冗余设置。这样可以保证整个管道站场现场远程I/O控制装置的正常运行，当光口交换机2、处理器3和电源控制装置4中任意一个或几个设备出现故障时，则开启光口交换机2、处理器3或电源控制装置4对应的备用设备进行运行。

进一步的，光口交换机2、处理器3、电源控制装置4、电源防浪涌保护器5、输入/输出装置7和信号防浪涌保护器8均集成在防爆仪表箱中。防爆仪表箱的防爆等级为EX d IIBT4，防护等级为IP65，材质为含钼不锈钢(316SS)，尺寸为800mm宽，900mm高，265mm深。这样一方面可以节省空间，同时也能够减少电缆的铺设降低成本，并具有极强的环境适应能力，同时更可露天设置在爆炸危险区域内。本实施例中防爆仪表箱选用冀州防爆电器公司生产的800*900*265不锈钢防爆箱。

进一步的，防爆仪表箱底部设有14个仪表电缆进出线口。

进一步的，14个仪表电缆进出线口的公称直径均为25mm。

光口交换机2、处理器3、电源控制装置4、电源防浪涌保护器5、输入/输出装置7、信号防浪涌保护器8均通过电缆或信号缆由防爆仪表箱底部的14个仪表电缆进出线口引出。其中进出线口的数量和尺寸可根据现场实际进出线电缆数量和尺寸做相应的调整。

进一步的，处理器3为266MHz、32位微处理器。

处理器3采用266MHz 32位微处理器，24M内存，双工业以太网和串行通讯接口，支持API、现场总线、Modbus、HART、点对点通讯以及OPC，可以实现冗余配置。

实施例2

本发明实施例所述的是一种管道站场现场远程I/O控制方法，该方法包括：

步骤1、现场检测设备9将所得检测信息传输至输入/输出装置7中，输入/输出装置7再将所接收的检测信息传输至处理器3中；

步骤2、处理器3将接收的检测信息传输至光口交换机2中，光口交换机2将接收到的检测信息进行光电转换，并将转换后的检测信息传送至PLC1中予以显示；

步骤3、PLC1对检测信息进行分析处理得出控制信息，并将控制信息反馈至光口交换机2中；

步骤4、光口交换机2将所得到的控制信息进行光电转换，并将转换后的控制信息反馈至处理器3中，处理器3则将得到的控制信息反馈至输入/输出装置7中；

步骤5、输入/输出装置7将接收到的控制信息反馈至现场检测设备9中，现场检测设备9则根据所收到的控制信息进行检测操作。

进一步的，步骤1中现场检测设备9所得检测信息需先经过信号防浪涌保护器8再传输至输入/输出装置7。

进一步的，步骤5中输入/输出装置7所接收到的控制信息需先经过信号防浪涌保护器8再反馈至现场检测设备9。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管道站场现场远程I/O控制装置，其特征在于，包括：

光口交换机(2)，其一端与PLC(1)通信连接，所述光口交换机(2)另一端与处理器(3)的一端通信连接；

输入/输出装置(7)，其一端与所述处理器(3)的另一端通信连接，所述输入/输出装置(7)另一端与现场检测设备(9)通信连接；

电源控制装置(4)，其一端与UPS(6)电连接，所述电源控制装置(4)另一端分别与所述光口交换机(2)、所述处理器(3)和所述输入/输出装置(7)电连接。

2.根据权利要求1所述的管道站场现场远程I/O控制装置，其特征在于，所述电源控制装置(4)和所述UPS(6)之间设有电源防浪涌保护器(5)，所述输入/输出装置(7)和所述现场检测设备(9)之间设有信号防浪涌保护器(8)。

3.根据权利要求1所述的管道站场现场远程I/O控制装置，其特征在于，所述光口交换机(2)、所述处理器(3)和所述电源控制装置(4)均冗余设置。

4.根据权利要求2所述的管道站场现场远程I/O控制装置，其特征在于，所述光口交换机(2)、所述处理器(3)、所述电源控制装置(4)、所述电源防浪涌保护器(5)、所述输入/输出装置(7)和所述信号防浪涌保护器(8)均集成在防爆仪表箱中。

5.根据权利要求4所述的管道站场现场远程I/O控制装置，其特征在于，所述防爆仪表箱底部设有14个仪表电缆进出线口。

6.根据权利要求5所述的管道站场现场远程I/O控制装置，其特征在于，所述14个仪表电缆进出线口的公称直径均为25mm。

7.根据权利要求1所述的管道站场现场远程I/O控制装置，其特征在于，所述处理器(3)为266MHz、32位微处理器。

8.一种管道站场现场远程I/O控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、现场检测设备(9)将所得检测信息传输至输入/输出装置(7)中，输入/输出装置(7)再将所接收的检测信息传输至处理器(3)中；

步骤2、处理器(3)将接收的检测信息传输至光口交换机(2)中，光口交换机(2)将接收到的检测信息进行光电转换，并将转换后的检测信息传送至PLC(1)中予以显示；

步骤3、PLC(1)对检测信息进行分析处理得出控制信息，并将控制信息反馈至光口交换机(2)中；

步骤4、光口交换机(2)将所得到的控制信息进行光电转换，并将转换后的控制信息反馈至处理器(3)中，处理器(3)则将得到的控制信息反馈至输入/输出装置(7)中；

步骤5、输入/输出装置(7)将接收到的控制信息反馈至现场检测设备(9)中，现场检测设备(9)则根据所收到的控制信息进行检测操作。

9.根据权利要求8所述的管道站场现场远程I/O控制装置，其特征在于，所述步骤1中现场检测设备(9)所得检测信息需先经过信号防浪涌保护器(8)再传输至输入/输出装置(7)。

10.根据权利要求8所述的管道站场现场远程I/O控制装置，其特征在于，所述步骤5中输入/输出装置(7)所接收到的控制信息需先经过信号防浪涌保护器(8)再反馈至现场检测设备(9)。