西气东输站场自动化控制系统的设计与实现

西气东输站场自动化控制系统的设计与实现

西气东输管道自动化系统由上海生产调度自动化系统、长宁支线宁夏控制区自动化系统和各地区车辆管理办公室组成。每个站都有自己的加油站管理制度，用于控制和管理整个网络。每个站点都有自己的车站管理制度。在没有重大生产任务的前提下,夜间无人值守功能的实现可提高西气东输的自动控制水平和管理水平。1pid自动分输系统实现夜间无人值守功能主要针对分输站场而设计,其中最重要的就是站场自动分输的实现,并在原有值班报警中加入与新的分输相关的报警逻辑和报警点。西气东输夜间无人值守功能规定夜间值班室无人值守,在站控室最近处设置待班人员休息室;在待班人员休息室设置警铃,如遇突发事件,产生报警,待班人员第一时间赶到值班室进行处理。根据夜间分输的需要,在站控自动化逻辑中,需要加入流量计算机的故障报警,防止出现故障时,系统仍在继续分输,造成分输计量错误;加入PID自动分输功能,使系统能够根据现场的实际情况和设定值实现自动向用户进行分输的功能;增加分输即将完成时的报警,提醒待班人员当日的分输任务即将完成,需要进行相应的关阀处理和记录。通过增加这一系列的分输逻辑与报警,实现夜间无人值守时安全可靠的分输。2功能逻辑2.1alcarn故障检测西气东输流量计算机主要是丹尼尔超声波流量计算机和Alster涡轮流量计算机。以Alster涡轮流量计算机为例,其自身具有故障检测功能,并设置两个报警点,分别为A类故障报警和B类故障报警。在站控室站控机中对两个报警点进行监控,一旦流量计算机发出报警,站控系统能够及时识别并产生报警,触发警铃,提醒待班人员处理。2.2系统偏差的数学模型压力调节自动分输功能是通过比较分输路压力调节阀下游的压力值与站控机PID中的压力设定值,自动进行压力调节阀的开启关闭动作,使下游压力值与压力设定值的偏差保持在一定范围内,从而使分输在设定的压力下自动进行。压力调节逻辑:在压力调节阀设置为自动控制且进行压力调节的情况下,将分输路压力调节阀下游压力变送器采集到的压力值与PID控制器中的压力设定值,通过P(比例)、I(积分)、D(微分)这些灵敏度相关的参数进行微分与积分的运算,得到系统偏差值。PID控制器由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。其输入e(t)与输出u(t)的关系为u(t)=kp(e(t)+1/Ti∫e(t)dt+Td·de(t)/dt),式中积分的上下限分别是0和t,因此它的传递函数为:G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(Ti·s)+Td·s),其中kp为比例系数;Ti为积分时间常数;Td为微分时间常数。若计算出的系统偏差值小于0.01,则停止阀门动作,若偏差值大于0.01,则进行开阀或关阀动作,使压力保持在设定的压力值范围内;阀门的开关动作不能超过阀门设置的最大开度值与最小开度值,防止阀门开度过大造成气流击穿流量计而损坏流量计,或开度过小造成计量误差的增大。2.3分输时的调节逻辑流量调节自动分输功能是通过比较分输路流量计算机采集到的瞬时流量与站控机PID中的流量设定值,自动进行压力调节阀的开启关闭动作,使流量计算机采集到的分输瞬时流量与流量设定值的偏差保持在一定范围内,从而使分输在设定的流量下自动进行。流量调节逻辑:在压力调节阀设置为自动控制且进行流量调节的情况下,将分输路流量计算机采集到的瞬时流量值与PID控制器中设定的流量设定值,通过P(比例)、I(积分)、D(微分)这些灵敏度相关的参数进行PID控制器运算,得到系统偏差值(图1)。若系统偏差值小于0.8,则停止阀门动作,若偏差值大于0.8,则进行开阀或关阀动作,使流量保持在设定流量值范围内;阀门的开关动作不能超过阀门设置的最大与最小开度值,防止阀门开度过大造成气流击穿流量计而损坏流量计,或开度过小造成计量误差的增大。2.4日分输量和日指定量动态监控西气东输管道对于不连续分输的站场,制定了日指定分输量,按此完成分输后,进行压力调节阀的关阀操作。为了实现此项功能,逻辑设置每天早上8:00将日分输量和日指定量清零,然后手动输入当日的日指定量。在站控机上显示分输完成比例,若日指定量为0,则分输完成比例为100%,否则通过PLC根据日累计分输量和日指定量计算分输完成比例,此值到达95%时产生报警,触发警铃,提醒待班人员当天分输任务即将完成,准备进行关阀操作(图2)。3执行功能3.1局域网络的设计西气东输管道站场的自控设备由站控PLC、ESD系统、RCI通信服务器和站控机构成,通过两个冗余交换机将其连接组成一个局域网络。站控PLC选用施耐德Modicon,RCI通信服务器选用DELL服务器,站控机所用的站控系统选用西技莱克的ViewStar软件。PLC中的信号和流量计算机中的报警信号通过Modbus协议传输给RCI,RCI通过将Modbus协议转换为IEC104协议,再将IEC104协议传输给站控机并存入到数据库,站控机画面中的数值从数据库中调取(图3)。3.2rci添加文件西气东输通信服务器RCI采集流量计算机和PLC通过Modbus协议通信的数据,并将其协议转换为IEC104协议,传输给站控机,存入工程软件ViewStar数据库中,供其使用。新增加的数据信号需要在RCI配置文件中进行添加并配置,才可以将其通信给站控机。由于RCI的主要功能为Modbus与IEC104的协议转换,对其进行更改,需要在mbiec文件中添加数据点,添加格式依次为Modbus信息数据格式和IEC104信息数据格式,其中包括数据地址等。配置文件更改完成后,即可按照相应的格式遵照通信协议进行数据传输。3.3指定量65%报警逻辑夜间无人值守功能需要在PLC增加自动分输逻辑和日指定量95%报警逻辑,并在PLC中进行逻辑添加(图4、图5)。ModiconPLC使用的编程软件为Concept,编程语言主要为功能块逻辑语言。3.4夜间无人值守功能的实现在站控机的数据库中添加需要采集的变量和报警信号。添加数据点后,对其value值进行设置:(1)设置address,此选项中包括数据类型、站控位号、IEC地址等信息。(2)设置alert_hdl报警,在此选项中可对报警信息、报警范围等参数进行设置。(3)设置common,在此选项中可对报警信息进行描述,从而明确报警出自哪一个信号。(4)设置dp_fct,在此选项中设置数据转换,使其进行简单的运算处理,并将运算得到的新数值应用到站控画面中,此选项也可设置量程转换。完成数据库设置后,对站控机画面进行编辑,将编辑画面的每个部分均关联到数据库中建立好的数据点。在选项中的Datapoint里填写对应的数据库中的数据点。