浅谈LNG加气站PLC控制系统的设计与应用

浅谈LNG加气站PLC控制系统的设计与应用

李林 付国江 马传树

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。

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.