西氣東輸站場(chǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

西氣東輸站場(chǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

西氣東輸管道自動(dòng)化系統(tǒng)由上海生產(chǎn)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、長(zhǎng)寧支線寧夏控制區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)和各地區(qū)車輛管理辦公室組成。每個(gè)站都有自己的加油站管理制度，用于控制和管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)站點(diǎn)都有自己的車站管理制度。在沒有重大生產(chǎn)任務(wù)的前提下,夜間無人值守功能的實(shí)現(xiàn)可提高西氣東輸?shù)淖詣?dòng)控制水平和管理水平。1pid自動(dòng)分輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)夜間無人值守功能主要針對(duì)分輸站場(chǎng)而設(shè)計(jì),其中最重要的就是站場(chǎng)自動(dòng)分輸?shù)膶?shí)現(xiàn),并在原有值班報(bào)警中加入與新的分輸相關(guān)的報(bào)警邏輯和報(bào)警點(diǎn)。西氣東輸夜間無人值守功能規(guī)定夜間值班室無人值守,在站控室最近處設(shè)置待班人員休息室;在待班人員休息室設(shè)置警鈴,如遇突發(fā)事件,產(chǎn)生報(bào)警,待班人員第一時(shí)間趕到值班室進(jìn)行處理。根據(jù)夜間分輸?shù)男枰?在站控自動(dòng)化邏輯中,需要加入流量計(jì)算機(jī)的故障報(bào)警,防止出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)仍在繼續(xù)分輸,造成分輸計(jì)量錯(cuò)誤;加入PID自動(dòng)分輸功能,使系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和設(shè)定值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)向用戶進(jìn)行分輸?shù)墓δ?增加分輸即將完成時(shí)的報(bào)警,提醒待班人員當(dāng)日的分輸任務(wù)即將完成,需要進(jìn)行相應(yīng)的關(guān)閥處理和記錄。通過增加這一系列的分輸邏輯與報(bào)警,實(shí)現(xiàn)夜間無人值守時(shí)安全可靠的分輸。2功能邏輯2.1alcarn故障檢測(cè)西氣東輸流量計(jì)算機(jī)主要是丹尼爾超聲波流量計(jì)算機(jī)和Alster渦輪流量計(jì)算機(jī)。以Alster渦輪流量計(jì)算機(jī)為例,其自身具有故障檢測(cè)功能,并設(shè)置兩個(gè)報(bào)警點(diǎn),分別為A類故障報(bào)警和B類故障報(bào)警。在站控室站控機(jī)中對(duì)兩個(gè)報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控,一旦流量計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警,站控系統(tǒng)能夠及時(shí)識(shí)別并產(chǎn)生報(bào)警,觸發(fā)警鈴,提醒待班人員處理。2.2系統(tǒng)偏差的數(shù)學(xué)模型壓力調(diào)節(jié)自動(dòng)分輸功能是通過比較分輸路壓力調(diào)節(jié)閥下游的壓力值與站控機(jī)PID中的壓力設(shè)定值,自動(dòng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)閥的開啟關(guān)閉動(dòng)作,使下游壓力值與壓力設(shè)定值的偏差保持在一定范圍內(nèi),從而使分輸在設(shè)定的壓力下自動(dòng)進(jìn)行。壓力調(diào)節(jié)邏輯:在壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)置為自動(dòng)控制且進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)的情況下,將分輸路壓力調(diào)節(jié)閥下游壓力變送器采集到的壓力值與PID控制器中的壓力設(shè)定值,通過P(比例)、I(積分)、D(微分)這些靈敏度相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行微分與積分的運(yùn)算,得到系統(tǒng)偏差值。PID控制器由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為u(t)=kp(e(t)+1/Ti∫e(t)dt+Td·de(t)/dt),式中積分的上下限分別是0和t,因此它的傳遞函數(shù)為:G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(Ti·s)+Td·s),其中kp為比例系數(shù);Ti為積分時(shí)間常數(shù);Td為微分時(shí)間常數(shù)。若計(jì)算出的系統(tǒng)偏差值小于0.01,則停止閥門動(dòng)作,若偏差值大于0.01,則進(jìn)行開閥或關(guān)閥動(dòng)作,使壓力保持在設(shè)定的壓力值范圍內(nèi);閥門的開關(guān)動(dòng)作不能超過閥門設(shè)置的最大開度值與最小開度值,防止閥門開度過大造成氣流擊穿流量計(jì)而損壞流量計(jì),或開度過小造成計(jì)量誤差的增大。2.3分輸時(shí)的調(diào)節(jié)邏輯流量調(diào)節(jié)自動(dòng)分輸功能是通過比較分輸路流量計(jì)算機(jī)采集到的瞬時(shí)流量與站控機(jī)PID中的流量設(shè)定值,自動(dòng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)閥的開啟關(guān)閉動(dòng)作,使流量計(jì)算機(jī)采集到的分輸瞬時(shí)流量與流量設(shè)定值的偏差保持在一定范圍內(nèi),從而使分輸在設(shè)定的流量下自動(dòng)進(jìn)行。流量調(diào)節(jié)邏輯:在壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)置為自動(dòng)控制且進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的情況下,將分輸路流量計(jì)算機(jī)采集到的瞬時(shí)流量值與PID控制器中設(shè)定的流量設(shè)定值,通過P(比例)、I(積分)、D(微分)這些靈敏度相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行PID控制器運(yùn)算,得到系統(tǒng)偏差值(圖1)。若系統(tǒng)偏差值小于0.8,則停止閥門動(dòng)作,若偏差值大于0.8,則進(jìn)行開閥或關(guān)閥動(dòng)作,使流量保持在設(shè)定流量值范圍內(nèi);閥門的開關(guān)動(dòng)作不能超過閥門設(shè)置的最大與最小開度值,防止閥門開度過大造成氣流擊穿流量計(jì)而損壞流量計(jì),或開度過小造成計(jì)量誤差的增大。2.4日分輸量和日指定量動(dòng)態(tài)監(jiān)控西氣東輸管道對(duì)于不連續(xù)分輸?shù)恼緢?chǎng),制定了日指定分輸量,按此完成分輸后,進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)閥的關(guān)閥操作。為了實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能,邏輯設(shè)置每天早上8:00將日分輸量和日指定量清零,然后手動(dòng)輸入當(dāng)日的日指定量。在站控機(jī)上顯示分輸完成比例,若日指定量為0,則分輸完成比例為100%,否則通過PLC根據(jù)日累計(jì)分輸量和日指定量計(jì)算分輸完成比例,此值到達(dá)95%時(shí)產(chǎn)生報(bào)警,觸發(fā)警鈴,提醒待班人員當(dāng)天分輸任務(wù)即將完成,準(zhǔn)備進(jìn)行關(guān)閥操作(圖2)。3執(zhí)行功能3.1局域網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)西氣東輸管道站場(chǎng)的自控設(shè)備由站控PLC、ESD系統(tǒng)、RCI通信服務(wù)器和站控機(jī)構(gòu)成,通過兩個(gè)冗余交換機(jī)將其連接組成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)。站控PLC選用施耐德Modicon,RCI通信服務(wù)器選用DELL服務(wù)器,站控機(jī)所用的站控系統(tǒng)選用西技萊克的ViewStar軟件。PLC中的信號(hào)和流量計(jì)算機(jī)中的報(bào)警信號(hào)通過Modbus協(xié)議傳輸給RCI,RCI通過將Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換為IEC104協(xié)議,再將IEC104協(xié)議傳輸給站控機(jī)并存入到數(shù)據(jù)庫,站控機(jī)畫面中的數(shù)值從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取(圖3)。3.2rci添加文件西氣東輸通信服務(wù)器RCI采集流量計(jì)算機(jī)和PLC通過Modbus協(xié)議通信的數(shù)據(jù),并將其協(xié)議轉(zhuǎn)換為IEC104協(xié)議,傳輸給站控機(jī),存入工程軟件ViewStar數(shù)據(jù)庫中,供其使用。新增加的數(shù)據(jù)信號(hào)需要在RCI配置文件中進(jìn)行添加并配置,才可以將其通信給站控機(jī)。由于RCI的主要功能為Modbus與IEC104的協(xié)議轉(zhuǎn)換,對(duì)其進(jìn)行更改,需要在mbiec文件中添加數(shù)據(jù)點(diǎn),添加格式依次為Modbus信息數(shù)據(jù)格式和IEC104信息數(shù)據(jù)格式,其中包括數(shù)據(jù)地址等。配置文件更改完成后,即可按照相應(yīng)的格式遵照通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。3.3指定量65%報(bào)警邏輯夜間無人值守功能需要在PLC增加自動(dòng)分輸邏輯和日指定量95%報(bào)警邏輯,并在PLC中進(jìn)行邏輯添加(圖4、圖5)。ModiconPLC使用的編程軟件為Concept,編程語言主要為功能塊邏輯語言。3.4夜間無人值守功能的實(shí)現(xiàn)在站控機(jī)的數(shù)據(jù)庫中添加需要采集的變量和報(bào)警信號(hào)。添加數(shù)據(jù)點(diǎn)后,對(duì)其value值進(jìn)行設(shè)置:(1)設(shè)置address,此選項(xiàng)中包括數(shù)據(jù)類型、站控位號(hào)、IEC地址等信息。(2)設(shè)置alert_hdl報(bào)警,在此選項(xiàng)中可對(duì)報(bào)警信息、報(bào)警范圍等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。(3)設(shè)置common,在此選項(xiàng)中可對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行描述,從而明確報(bào)警出自哪一個(gè)信號(hào)。(4)設(shè)置dp_fct,在此選項(xiàng)中設(shè)置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,使其進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)算處理,并將運(yùn)算得到的新數(shù)值應(yīng)用到站控畫面中,此選項(xiàng)也可設(shè)置量程轉(zhuǎn)換。完成數(shù)據(jù)庫設(shè)置后,對(duì)站控機(jī)畫面進(jìn)行編輯,將編輯畫面的每個(gè)部分均關(guān)聯(lián)到數(shù)據(jù)庫中建立好的數(shù)據(jù)點(diǎn)。在選項(xiàng)中的Datapoint里填寫對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)點(diǎn)。