西氣東輸站場自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

西氣東輸站場自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

西氣東輸管道自動化系統(tǒng)由上海生產(chǎn)調(diào)度自動化系統(tǒng)、長寧支線寧夏控制區(qū)自動化系統(tǒng)和各地區(qū)車輛管理辦公室組成。每個站都有自己的加油站管理制度，用于控制和管理整個網(wǎng)絡(luò)。每個站點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現(xiàn)可提高西氣東輸?shù)淖詣涌刂扑胶凸芾硭健?pid自動分輸系統(tǒng)實現(xiàn)夜間無人值守功能主要針對分輸站場而設(shè)計,其中最重要的就是站場自動分輸?shù)膶崿F(xiàn),并在原有值班報警中加入與新的分輸相關(guān)的報警邏輯和報警點。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)生報警,待班人員第一時間趕到值班室進行處理。根據(jù)夜間分輸?shù)男枰?在站控自動化邏輯中,需要加入流量計算機的故障報警,防止出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)仍在繼續(xù)分輸,造成分輸計量錯誤;加入PID自動分輸功能,使系統(tǒng)能夠根據(jù)現(xiàn)場的實際情況和設(shè)定值實現(xiàn)自動向用戶進行分輸?shù)墓δ?增加分輸即將完成時的報警,提醒待班人員當(dāng)日的分輸任務(wù)即將完成,需要進行相應(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警,實現(xiàn)夜間無人值守時安全可靠的分輸。2功能邏輯2.1alcarn故障檢測西氣東輸流量計算機主要是丹尼爾超聲波流量計算機和Alster渦輪流量計算機。以Alster渦輪流量計算機為例,其自身具有故障檢測功能,并設(shè)置兩個報警點,分別為A類故障報警和B類故障報警。在站控室站控機中對兩個報警點進行監(jiān)控,一旦流量計算機發(fā)出報警,站控系統(tǒng)能夠及時識別并產(chǎn)生報警,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PID中的壓力設(shè)定值,自動進行壓力調(diào)節(jié)閥的開啟關(guān)閉動作,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)定的壓力下自動進行。壓力調(diào)節(jié)邏輯:在壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)置為自動控制且進行壓力調(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)進行微分與積分的運算,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為積分時間常數(shù);Td為微分時間常數(shù)。若計算出的系統(tǒng)偏差值小于0.01,則停止閥門動作,若偏差值大于0.01,則進行開閥或關(guān)閥動作,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而損壞流量計,或開度過小造成計量誤差的增大。2.3分輸時的調(diào)節(jié)邏輯流量調(diào)節(jié)自動分輸功能是通過比較分輸路流量計算機采集到的瞬時流量與站控機PID中的流量設(shè)定值,自動進行壓力調(diào)節(jié)閥的開啟關(guān)閉動作,使流量計算機采集到的分輸瞬時流量與流量設(shè)定值的偏差保持在一定范圍內(nèi),從而使分輸在設(shè)定的流量下自動進行。流量調(diào)節(jié)邏輯:在壓力調(diào)節(jié)閥設(shè)置為自動控制且進行流量調(diào)節(jié)的情況下,將分輸路流量計算機采集到的瞬時流量值與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)進行PID控制器運算,得到系統(tǒng)偏差值(圖1)。若系統(tǒng)偏差值小于0.8,則停止閥門動作,若偏差值大于0.8,則進行開閥或關(guān)閥動作,使流量保持在設(shè)定流量值范圍內(nèi);閥門的開關(guān)動作不能超過閥門設(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而損壞流量計,或開度過小造成計量誤差的增大。2.4日分輸量和日指定量動態(tài)監(jiān)控西氣東輸管道對于不連續(xù)分輸?shù)恼緢?制定了日指定分輸量,按此完成分輸后,進行壓力調(diào)節(jié)閥的關(guān)閥操作。為了實現(xiàn)此項功能,邏輯設(shè)置每天早上8:00將日分輸量和日指定量清零,然后手動輸入當(dāng)日的日指定量。在站控機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)日累計分輸量和日指定量計算分輸完成比例,此值到達95%時產(chǎn)生報警,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)計西氣東輸管道站場的自控設(shè)備由站控PLC、ESD系統(tǒng)、RCI通信服務(wù)器和站控機構(gòu)成,通過兩個冗余交換機將其連接組成一個局域網(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,站控機所用的站控系統(tǒng)選用西技萊克的ViewStar軟件。PLC中的信號和流量計算機中的報警信號通過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)議傳輸給站控機并存入到數(shù)據(jù)庫,站控機畫面中的數(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采集流量計算機和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,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)信號需要在RCI配置文件中進行添加并配置,才可以將其通信給站控機。由于RCI的主要功能為Modbus與IEC104的協(xié)議轉(zhuǎn)換,對其進行更改,需要在mbiec文件中添加數(shù)據(jù)點,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)議進行數(shù)據(jù)傳輸。3.3指定量65%報警邏輯夜間無人值守功能需要在PLC增加自動分輸邏輯和日指定量95%報警邏輯,并在PLC中進行邏輯添加(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現(xiàn)在站控機的數(shù)據(jù)庫中添加需要采集的變量和報警信號。添加數(shù)據(jù)點后,對其value值進行設(shè)置:(1)設(shè)置address,此選項中包括數(shù)據(jù)類型、站控位號、IEC地址等信息。(2)設(shè)置alert_hdl報警,在此選項中可對報警信息、報警范圍等參數(shù)進行設(shè)置。(3)設(shè)置common,在此選項中可對報警信息進行描述,從而明確報警出自哪一個信號。(4)設(shè)置dp_fct,在此選項中設(shè)置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,使其進行簡單的運算處理,并將運算得到的新數(shù)值應(yīng)用到站控畫面中,此選項也可設(shè)置量程轉(zhuǎn)換。完成數(shù)據(jù)庫設(shè)置后,對站控機畫面進行編輯,將編輯畫面的每個部分均關(guān)聯(lián)到數(shù)據(jù)庫中建立好的數(shù)據(jù)點。在選項中的Datapoint里填寫對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)點。