機(jī)場油庫作業(yè)自動(dòng)化模擬系統(tǒng)

倪成全 胡長淮 楊昕明 陳俊宏 吳倩

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，仿真模擬技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化水平大幅度提高，并且廣泛地運(yùn)用到了生產(chǎn)和實(shí)踐當(dāng)中，有效地提高了生產(chǎn)作業(yè)的安全性和便捷性。油庫的主要作業(yè)對(duì)象為易燃易爆的原油，成品油，其生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程復(fù)雜，誤操作后果嚴(yán)重。而機(jī)場油庫和傳統(tǒng)油庫又有所不同，其對(duì)油品的質(zhì)量要求和生產(chǎn)過程中的員工操作要求更高，航空油品對(duì)于飛行安全的重要性不言而喻。

【Abstract】 With the rapid development of science and technology and computer technology， the automation level of simulation and computer control has been greatly improved， and the technology is widely used in production and practice， effectively improves the safety and convenience of production operation. The main objects of the oil depot are flammable and explosive crude oil and refined oil， its production system process is complicated， and the consequences of misoperation are serious. The airport oil depot is different from the traditional oil depot. The quality requirements of oil products and the operating requirements of employees in the production process are higher， and the importance of aviation oil products to flight safety is self-evident.

【關(guān)鍵詞】機(jī)場油庫；自動(dòng)化；模擬系統(tǒng)

【Keywords】 airport oil depot； automation； simulation system

【中圖分類號(hào)】TP391.9；V351.19 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）04-0179-02

1 引言

機(jī)場油庫是高危作業(yè)場所，在管理上嚴(yán)禁無資質(zhì)人員操作，這就給學(xué)生的實(shí)習(xí)和培訓(xùn)帶來困難。學(xué)生在學(xué)校的學(xué)習(xí)過程中接觸不到實(shí)際的操作流程，不利于其對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，并且，也不利于其更快地適應(yīng)到以后的機(jī)場油庫作業(yè)當(dāng)中。因此，我們開發(fā)了某機(jī)場油庫作業(yè)模擬系統(tǒng)，讓學(xué)生自己動(dòng)手來完成油庫的作業(yè)模擬，以及對(duì)一些事故工況進(jìn)行解決，并且在該過程中會(huì)對(duì)學(xué)生的操作進(jìn)行打分，以進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

2 油庫作業(yè)模擬技術(shù)現(xiàn)狀

油氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)領(lǐng)域的作業(yè)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)目前有兩類，一類是利用水或者油作為介質(zhì)的仿真模擬裝置，通過泵作為動(dòng)力裝置，以透明塑料管為管路，不僅可以讓學(xué)員真實(shí)直觀地觀察管路中流體的流動(dòng)，還可以模擬流體流動(dòng)的壓力。這一類的模擬系統(tǒng)需要學(xué)員們手動(dòng)打開閥門開關(guān)。另一類是利用觸摸屏和PLC控制器采集控制閥的動(dòng)作，用LED燈帶模擬流體流動(dòng)和作業(yè)過程。相比傳統(tǒng)的仿真裝置，這一類的系統(tǒng)可以讓學(xué)生更加直觀地觀察到整個(gè)機(jī)場油庫的流程[1]。

3 系統(tǒng)構(gòu)成及原理

我們經(jīng)過充分的調(diào)研，根據(jù)國內(nèi)典型機(jī)場油庫的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了機(jī)場油庫作業(yè)模擬系統(tǒng)，用CAD畫出整個(gè)運(yùn)行流程并且采用亞克力噴繪的形式制作了流程板，采用流程板模擬現(xiàn)場，用指示燈和儀表模擬現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)和工藝的變化過程。我們采用了以觸摸屏控制PLC的方式，而PLC輸出與流程板相連，可以直接控制電路中LED燈的關(guān)閉和開啟來模擬現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中油品的流動(dòng)。系統(tǒng)構(gòu)成的主要三大部件為觸摸屏，PLC控制器和流程板。

在這里我們?cè)敿?xì)地介紹一下流程板以及通過流程板能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。

流程板上的部件主要有過濾分離器、儲(chǔ)存罐、使用罐、零位罐、加油泵、加油車以及壓力表和流量計(jì)等儀表。從航油系統(tǒng)來油后，油品經(jīng)過過濾分離器，進(jìn)入航油儲(chǔ)存罐。從儲(chǔ)存罐發(fā)出的油經(jīng)過泵通往機(jī)場方向。飛機(jī)的加油方式主要有兩種，一種是管線加油，另一種是加油車加油，兩種方式同時(shí)進(jìn)行。我們?cè)诹鞒贪搴竺嬖O(shè)置了LED等待，通過LED燈帶的開啟與關(guān)閉來顯示油品的流動(dòng)，以及泵和過濾分離器是否工作也有LED顯示。我們把儲(chǔ)存罐和使用罐的高度分為了6個(gè)部分，當(dāng)管線往油罐中輸送油品時(shí)，油罐6個(gè)液面高度所代表的LED燈會(huì)依次亮起。當(dāng)油罐處于裝滿狀態(tài)時(shí)，6個(gè)高度LED燈處于全部開啟狀態(tài)。同理，當(dāng)油罐往停機(jī)坪輸油時(shí)，6個(gè)高度LED燈又會(huì)依次熄滅。我們?cè)诠苈犯魈幵O(shè)置了6個(gè)開關(guān)，通過開關(guān)來控制管路的連通與否。另外，我們?cè)诠苈犯魈幵O(shè)置了壓力表以及流量計(jì)，用來模擬檢測管路中各個(gè)部分油品流量和壓力變化。整個(gè)油庫流程的控制可以通過流程板右下角的開關(guān)按鈕來控制。整個(gè)流程板包括觸摸品，PLC控制器以及LED燈帶由24V直流電源供電。

4 PLC程序開發(fā)

PLC作為系統(tǒng)的下位機(jī)，承擔(dān)接受上位機(jī)（按鈕、計(jì)算機(jī)或觸摸屏）的指令執(zhí)行控制邏輯，通過位狀態(tài)輸出模塊和模擬量輸出模塊向執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油庫流程板）下發(fā)控制指令，向上位機(jī)傳送現(xiàn)場數(shù)據(jù)。根據(jù)油庫流程的工藝要求，合理的分配PLC存儲(chǔ)器單元。給輸入輸出設(shè)備和編程中需要的中間變量分配存儲(chǔ)器地址。利用梯形圖和助記符語言編制PLC程序。對(duì)于流程顯示的狀態(tài)量，程序通過I O字讀取輸入狀態(tài)和控制輸出狀態(tài)。對(duì)于連續(xù)變化的模擬量，程序通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行設(shè)置和編程處理。為更加清晰、直觀地顯示液流的走向和流程導(dǎo)通過程，在程序中加入定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等信息，控制流程圖素被點(diǎn)亮的次序[2]。

本項(xiàng)目使用以流水燈的形式來模仿機(jī)場油庫的調(diào)動(dòng)和傳輸過程，這樣的設(shè)計(jì)可以多次升級(jí)和測試改造。而使用流水燈搭建電路可以更好地仿真理想情況。以下是使用語言和調(diào)試仿真工具。使用語言為C語言，使用編程軟件為Keil 5，使用仿真軟件為Proteus Pro 7.8。

部分程序調(diào)試如圖：

5系統(tǒng)功能

系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能為模擬機(jī)場油庫手動(dòng)和自動(dòng)化作業(yè)過程，主要包括油罐的收發(fā)油，控制給停機(jī)坪飛機(jī)加油和油罐車加油。并且在這一過程中我們?cè)O(shè)置了儀表來檢測整個(gè)管路系統(tǒng)是否正常。

設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的主要目的是用于教學(xué)。我們通過程序設(shè)計(jì)了一套操作打分系統(tǒng)，并且設(shè)置了一定的故障，對(duì)學(xué)生進(jìn)行應(yīng)急訓(xùn)練。考察點(diǎn)主要是學(xué)生在操作過程中的步驟的正確性以及是否發(fā)現(xiàn)和排除流程中的故障，如果未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成視為不及格。該系統(tǒng)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不僅能可以訓(xùn)練手動(dòng)操作流程，還可以通過觸摸屏上的“一鍵收發(fā)”按鈕實(shí)現(xiàn)智能化油庫作業(yè)。

6 結(jié)論

該機(jī)場作業(yè)模擬系統(tǒng)形象、直觀地顯示和模擬了機(jī)場各種收發(fā)油作業(yè)，同時(shí)也可以控制加油量，來模擬在不同壓力流量條件下的輸油工況。我們將機(jī)場油庫作業(yè)同油氣儲(chǔ)運(yùn)工程相關(guān)知識(shí)結(jié)合，并且加入電子模擬控制輸入輸出，使學(xué)生能夠在掌握書本知識(shí)的同時(shí)可以認(rèn)識(shí)到實(shí)際機(jī)場油庫模擬作業(yè)，對(duì)于學(xué)生專業(yè)知識(shí)的掌握更加深刻。

【參考文獻(xiàn)】

【1】徐良玉，張戰(zhàn)勝，黃彩斌，油庫建設(shè)創(chuàng)新發(fā)展研究[J].中國儲(chǔ)運(yùn)，2012（08）：136-137.

【2】李獻(xiàn)，吳家鋒，莊云鵬.后方油庫抽組分隊(duì)支援油料保障的特點(diǎn)和對(duì)策[J].中國儲(chǔ)運(yùn)，2011（08）：65-66.