厚普清洁能源集团成都科技服务有限公司,四川 成都 611731
摘要:在能源结构转型的大背景下,液化天然气(LNG)作为一种清洁、高效的能源,其应用日益广泛。LNG加气站PLC控制系统是一种集成了自动化控制、数据采集和监控功能的智能化系统。其主要功能包括对加气站内各个工艺流程的实时监控、数据采集、故障诊断和自动控制。为了确保LNG加气站的稳定运行和高效管理,PLC(可编程逻辑控制器)控制系统的设计与应用显得尤为重要。基于此,文章就LNG加气站PLC控制系统的设计与应用展开论述。
关键词:LNG加气站;PLC控制系统;设计应用
1LNG加气站现状与发展
LNG汽车加气站是将压力≤1.2MPa、温度为-162℃~-140℃的LNG经管路、低温泵、LNG加气机等注入到汽车LNG储存瓶中的专用设备。主要设备包括:LNG储罐、LNG泵撬、LNG增压器、EAG加热器、LNG加气机、PLC控制柜、动力拖动柜、燃气报警器等。据不完全统计,我国LNG加气站数量大约有4000个左右,主要为市政交通、京津冀运输线路、内蒙古矿区线路、新疆物流线路、各省国道、高速服务区等地方服务,大部分站点都采用半自动、半手动、手动方式控制,这样会产生相应的弊端,很多操作方式都是有操作人员进行控制,因为只要是人为操作就有可能出现操作错误和识读数据的误差、误判断故障等现象。这样是对人力、物力的一种浪费,随着我国经济与科技的高速发展,解决问题的方式与方法也趋于完善,我给予多方面的考虑给与LNG加气站控制系统更智能化的设计与故障判断,大量节约LNG加气站操作人员故障处理的时间与提高设备运行率,保障LNG加气站的销售与市政交通及居民的供气。
2总机设计
2.1 CPU1214C系统配置结构
(1)电源:电源用于将交流电转换成PLC内部所需的直流电,目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。
(2)中央处理单元:中央处理器(CPU)是PLC的控制中枢,也是PLC的核心部件,其性能决定了PLC的性能。 中央处理器由控制器、运算器和寄存器组成,这些电路都集中在一块芯片上,通过地址总线、控制总线与存储器的输入/输出接口电路相连。中央处理器的作用是处理和运行用户程序,进行逻辑和数学运算,控制整个系统使之协调。
(3)存储器:存储器是具有记忆功能的半导体电路,它的作用是存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他一些信息。其中系统程序是控制PLC实现各种功能的程序,由PLC生产厂家编写,并固化到只读存储器(ROM)中,用户不能访问。
(4)输入单元:输入单元是PLC与被控设备相连的输入接口,是信号进入PLC的桥梁,它的作用是接收主令元件、检测元件传来的信号。输入的类型有直流输入、交流输入、交直流输入。
(5)输出单元:输出单元也是PLC与被控设备之间的连接部件,它的作用是把PLC的输出信号传送给被控设备,即将中央处理器送出的弱电信号转换成电平信号,驱动被控设备的执行元件。输出的类型有继电器输出、晶体管输出、晶闸门输出。
6)当可编程逻辑控制器投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
图1 系统配置结构
2.2设计指标与思路
(1)LNG加气站仪表在线运行监测与故障判断。
(2)LNG加气站操作流程智能逻辑控制。
(3)LNG加气站分级故障在线消除与复位。
3硬件设计过程
3.1 LNG加气站主要设备
(1)电源柜:为现场设备提供电源,独立为低温潜气泵提供可控电源。
(2)PLC控制柜:为现场设备实现逻辑控制、安全运行、故障反馈、人机通讯交换等功能。
(3)低温潜气泵:LNG加气站的核心动力设备。
(4)空压机:LNG加气站气动阀门的动力设备。
(5)吸附式干燥机:消除空压机输出气体内部的水分与杂质。
(6)差压变送器:监测LNG储罐气位,保障LNG加气站的气源充分。
(7)压力变送器:监测LNG在管道中的压力。
(8)温度变送器:监测LNG在管道中的温度。
(9)燃气报警器:监测LNG是否在设备区域有渗漏。
(10)UPS电源:为保障LNG加气站在停电期间设备的正常运行与监控。
(11)上位机:监测LNG加气站实时数据、人为控制及人机通讯交换。
(12)触摸屏:监测LNG加气站实时数据、人为控制及人机通讯交换。
3.2信号地址表
信号地址表参见表1。
输入DI | |||
LNG加气机1急停输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
LNG加气机2急停输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
卸车区急停输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
储罐区急停输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
泵撬区急停输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
燃气报警急停输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
火焰报警急停输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
天然气渗漏输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
LNG加气机1启停输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
LNG加气机2启停输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
手动复位信号输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
手动消音信号输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
UPS电量监测信号输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
相序监测信号输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
变频器故障信号输入 | DI | 1 | 开关量信号 |
输出DQ | |||
急停输出 | DQ | 1 | 开关量信号 |
声音报警输出 | DQ | 1 | 开关量信号 |
光报警输出 | DQ | 1 | 开关量信号 |
储罐区阀门信号输出 | DQ | 5 | 开关量信号 |
泵撬区阀门信号输出 | DQ | 5 | 开关量信号 |
卸车区阀门信号输出 | DQ | 3 | 开关量信号 |
变频器控制信号输出 | DQ | 1 | 开关量信号 |
排污泵信号输出 | DQ | 1 | 开关量信号 |
设备正常运行指示灯 | DQ | 1 | 开关量信号 |
设备一般故障指示灯 | DQ | 1 | 开关量信号 |
设备停机故障指示灯 | DQ | 1 | 开关量信号 |
输入AI | |||
储罐压力 | AI | 1 | 模拟量信号 |
储罐气位 | AI | 1 | 模拟量信号 |
潜气泵池进口温度 | AI | 1 | 模拟量信号 |
潜气泵池进口压力 | AI | 1 | 模拟量信号 |
潜气泵池回气温度 | AI | 1 | 模拟量信号 |
潜气泵出口温度 | AI | 1 | 模拟量信号 |
潜气泵出口压力 | AI | 1 | 模拟量信号 |
仪表风压力 | AI | 1 | 模拟量信号 |
卸车进口温度 | AI | 1 | 模拟量信号 |
卸车气相增压口温度 | AI | 1 | 模拟量信号 |
卸车气相增压口压力 | AI | 1 | 模拟量信号 |
卸车气相气象口温度 | AI | 1 | 模拟量信号 |
卸车气相气象口压力 | AI | 1 | 模拟量信号 |
变频器电流 | AI | 1 | 模拟量信号 |
变频器频率 | AI | 1 | 模拟量信号 |
Modbus | |||
变频器通讯 | Modbus | 1 | 通讯 |
燃气报警器通讯 | Modbus | 1 | 通讯 |
流量计 | Modbus | 1 | 通讯 |
Ethernet | |||
上位机电脑 | Ethernet | 1 | 通讯 |
触摸屏 | Ethernet | 1 | 通讯 |
3.3PLC控制系统构成
系统组成参见下图2。
图2 系统组成设计图
结语
综上所述,LNG加气站作为清洁能源的代表者,近年来逐步被广泛应用于汽车燃料。2008年以后,LNG汽车迅速发展,促使LNG加气站加速建设运营。由于相关规范比较少,国内设计经验是逐渐摸索与完善,一定程度上回影响了LNG加气站设计,建设,运行,其中有系LNG加气站建成后出现气损,运行安全等方面问题。通过结合近年的相关工作经验,提出LNG加气站应加强系统控制设计,能够有效地避免后续安全运行问题的发生,为今后同类工程的设计与建设给与参考意见。
参考文献
[1]崔岩巍.LNG气化储配站智能控制系统研究[J].自动化应用,2020(08):12-14.
[2]陈中平.LNG储配站控制系统的设计与实现[J].电工技术,2019(14):11-13.
[3]邹杰东,万振刚,李达.LNG供气系统的控制系统设计[J].电子设计工程,2016,24(23):122-124.