CNG加气站及自动化控制系统...ppt

1、,CNG加气站及天然气压缩机自动控制系统,主要内容目录,一、概述及加气站工艺框图,（一）概述 在国内CNG加气站有两种运营模式：母子站运营模式和标准站运营模式。从管道输送来的原料天然气进站后，先经过滤、计量(供气单位安装)，然后进入低压脱水装置，脱去其中的水分，使其露点达到或低于国家汽车用标准(即标准状态下-55)，然后经缓冲器进入天然气压缩机。进入活塞式压缩机系统的干燥气体，经过多级增压后，压力达到25Mpa，气体通过风冷却器和油水分离器后进入下一级。压缩机系统的PLC(可编程序控制器)对整个系统进行信号采集、故障诊断、故障显示、优先顺序控制、顺序启动/停机等全过程管理，可实现无人值守全自动

2、方式工作。压缩后的高压气体经过压缩机撬过滤后，通过优先顺序控制盘通向储气井、加气机和加气柱。通过加气机实现对天然气汽车的加气，通过加气柱实现对天然气拖车的加气。储气井分高、中、低三组实现顺序供气来提高气体的利用率，同时配置一台双枪加气机。加气机可自动顺序加气，自动到压关闭，计量显示，并配有应急关闭阀门。,（二）加气站工艺框图 加气母站工艺框图,加气子站工艺框图,二、CNG天然气压缩机PLC控制系统构成,（一）加气站工艺特点(1) 进站安全切断系统：进站天然气管道上设置紧急切断阀，在切断阀后设有高效过滤器。(2) 脱水再生系统：根据原料气净化处理情况，原料天然气在开采生产过程中只进行了简单的油气

3、水常温分离，因此，原料气在工况下的饱和含水是存在的，所以原料气必须经过脱水，脱出饱和水，进一步降低天然气露点，使之小于-55(标态下露点)，达到CNG充气气质要求，也为子站运行提供了保证。加气站内的脱水工艺采用分子筛吸附剂。天然气脱水装置设置在压缩机前面，天然气进入脱水装置，脱出游离的水分和油分。干燥器填料饱和后需用天然气再生。 (3) 天然气含水分析系统：在脱水装置后设在线微量水分析仪，实时监测成品气中的水含量，二次仪表设在控制室内，如发现露点高于-55，则必须切换脱水装置。(4) 调压系统：考虑到输气站来气的气压随用气量的不同会产生波动，为保证压缩机进气压力平稳，使压缩机能尽可能在其最佳设

4、计点工作，站内设置一套调压系统。(5) 全站安全监控系统：除由PLC自动控制的系统气压、油压、温度、振动及过载等涉及安全的保护外，系统布置了多点可靠的超压天然气卸放装置；同时站内布置了由PLC控制的可燃气体报警器及切断装置，该装置与供电、供气系统形成了闭锁关系，可自动停止压缩机和切断供气。根据用户需要还可以将上述监控点与计算机联机构成计算机远程集中监控系统。,(6) 自动化控制系统：CNG加气站设备处在易燃、易爆、高压和重载的工作环境中运行，装置的自动化水平高低直接决定了系统的经济运行指标和安全运行的可靠性。因此压缩机系统实行高度自动化的控制管理，以可编程控制器PLC为核心，采用了电机软启动；

5、系统油压、电流、温度、气压自动监控；自动排污系统；计算机控制的经济运行控制系统；PLC自动顺序供气控制系统等等。(7) 高压管道及设备的安全泄放：压缩机系统各级安全泄压天然气在压缩机房外集中泄放；贮气罐排污泄放天然气在污水罐处集中泄放。(8) 废气回收系统：压缩机系统各级排污泄放天然气进入废气回收罐，在废气回收罐内设置有高效过滤分离装置，将排污气中所含油水分离出去，油水沉积在罐的底部，天然气从上部进入压缩机前级进气管道，从而达到保护环境及减少浪费的效果。(9) 在加气站装置配置中，还可以根据用户要求提供计算机经营管理系统，以适应用户多种模式的营销管理要求。,（二）控制系统结构 压缩机PLC控制

6、系统，按照系统功能及其布线，大致可以分为三个级。分别是本地PLC柜控制级、现场操作箱控制级、中控室上位显示级。 本地PLC柜控制级主要以连接在工艺设备上压缩机运行各级运行参数的二次仪表，包含温度、压力传感器、现场启动、停止、急停等主令按钮，以及执行各类阀门的电磁阀等电动执行机构。本地PLC柜控制级是控制系统的基础，为压缩机提供最直接的原始判断依据，二次仪表作为其核心部件，随着科学技术的进步，由隔爆型仪表逐步向本安型仪表过渡。常采用本安型仪表。执行阀门的开启、关闭是由电磁阀完成的。电磁阀由机械和电气控制部分构成。本地PLC柜控制级的核心控制器件使用较为普遍的西门子PLC可编程控制器，该控制器有自

7、带的输入、输出、通信、电源等模块。对现场各种压力、温度信号采集和外部控制信号的快速、准确的响应，在PLC内部进行处理，运算和逻辑控制，使系统稳定地工作。 现场操作箱控制级设有启动、停止、急停按钮，用于自动时的起/停以及紧急情况时的急停，与本地PLC柜控制级等同使用。 中控室上位显示级作为控制系统的上位机，通过CPU联接的通信模块通过RS232、RS485或以太网联结，上位机同下位机PLC控制器进行通信。上位机上面可以根据用户要求显示实时压缩机工艺系统，各种运行参数，故障报警，可以通过上位机画面手动遥控工艺系统阀门的开启和停止。并且可以显示历史数据，提供报表等功能。,中控室上位显示级框图,三、C

8、NG加气站自动化设备控制系统,（一）概述 本控制柜是我公司专为天然气压缩机设备设计制造的配套电气控制系统。 该控制柜采用我公司自行研发的CMC系列交流全数字电机软起动器和西门子S7-200可编程控制器进行集中控制。该控制系统通过对现场各种压力、温度信号采集和外部控制信号的快速、准确地响应，在PLC控制器内部进行处理、运算和逻辑控制，使系统稳定地工作；同时充分发挥我公司CMC系列软起动器的优良性能，避免了交流电机传统起动方式的缺点。 由于采用PLC可编程控制器进行集中控制，控制柜电气线路简洁明了，大大降低了维护和检修难度，将事故、故障率降到最低。该控制柜还具有参数监视、报警值设定、故障报警及故障

9、信息显示功能，维护非常方便。 显示方面采取了更直观的人机显示的触摸屏进行监控，实现现场的数据交换，在触摸屏上显示实际的压力、温度值，并能进行相关压力、温度报警值的设定。,（二）主要电气元器件 断路器：控制柜的总电源开关，该控制柜电源来自上一级开关柜； 软起动器：用于主电机的起动，使用降压起动方式，同时还有高可靠性、强大的抗干扰性、简便的调整方式、电源频率自适应、维护简便等特点 交流接触器：由于软起不是在线运行，主要用于软起动旁路使用 可编程控制器（PLC）：控制柜系统的核心器件，所有元器件的得电和失电均由PLC发出，并且对现场的模拟量进行数模转换得到实际的压力温度值 模拟量输入模块：接收压缩机

10、在运行时的压力与温度的4-20mA电流信号，传送到CPU上进行数模转换 安全栅：将压缩机上安装的变送器与控制柜进行安全隔离，当现场变送器出现短路或高电流时切断变送器与控制柜之间的电气连接，起到安全防护左右 压力/温度变送器：标准两线制， 4-20mA电流输出，将压缩机的压力与温度变送成电流信号，提供给PLC进行运算 触摸屏：也叫人机界面，是将压缩机运行时现场的压力、温度直观便捷的显示出来，并可以显示各个电机的运行状态,(三)压缩机自动控制柜使用环境与注意事项 不要在下列地方操作该压缩机控制柜： 阳光直射的地方。 温度和湿度不符合规定指标的地方。 温度急剧变化的雾化状态下。 有腐蚀性或易燃气体的

11、地方。 剧烈振动或冲击的地方。 警告：注意这些事项，不遵守以下注意事项可能导致严重或致命的设备损坏。 正确连接所有接线，打开电源之前把所有接线和开关设定检查两次，不正确的接线可能引起燃烧。 检查故障时应先断开电源，必须合上电源检查时，应由专业电工人员进行。 当控制柜内粉尘过多时，会引起接触不良或其它干扰，应关断电源，用气筒吹掉粉尘。 当机器状态与监控状态不符时应停机检查。 雷电天气时，如没有相应的避雷设施，请暂停使用，为防止雷击，请关闭总电源。 请专业电工定期检修和保养整套设备。 为了避免用户修改报警参数不当而造成设备运行不正常，非专业人员不得进行数据修改，专业人员修改数据时须谨慎。,(四)压

12、缩机自动控制柜工作原理及流程 控制系统设有“手动”和“自动”两档。 1、自动操作 系统上电后，将控制柜上的选择开关打至“自动”档位，检测油池温度，若当前油池温度值低于下限值，则触摸屏上显示油温“过低”，同时油加热器自动起动开始加热，此时按下“起动”键无效；当油池温度大于下限值时，给出“允许起机”信号，这时再次按下“起动”按钮，才能执行系统程序。 a、起动过程 系统起动的先后顺序为：风机，水泵起动-气泵起动-主机起动-关闭放空阀-打开进气阀。在起动过程中，任一设备出现故障，例如过载，则复位所有输出，此时必须解除故障后方可起机。在主电机没有完成起动过程之前按下停止键，则系统立即复位所有输出。 自动

13、运行的起动最小间隔时间为5分钟，因为频繁起动主电机，会导致设备发热量很大，对设备的安全和寿命都会有很大的影响，所以刚停机5分钟内再次自动起机会有时间限制。在起动前请检查各路检测数据是否满足要求，如果不在所设定的极限范围内，则系统刚刚起动就会预警、报警，导致停机，所以起动前一定要检查所有实时数据是否在所设定的预警、报警点之内，以免频繁起动主机。,b、正常停机过程 手动按下“停止”按钮 停机过程具体如下： 发出停机信号关闭进气阀再由高到压级到低压级延时打开排污阀排污延时关闭排污阀排污结束后放空阀打开主机停止停止气泵停止水泵，风机。 c、故障停机 当监控发现故障时，系统声光报警，同时触摸屏上显示相关

14、报警信息： 检测到各个压力或温度超过所设定范围时，系统报警停机； 检测到各个电机过载或软起故障时, 系统报警停机. 当发现系统运行异常或有故障时，立即停止所有电机，打开放空阀，关闭进气阀、排污阀。 d、紧急停机 当遇到紧急情况时，按下“急停”按钮所有电机停止运行，控制柜总电源关闭，总空气开关QF1断开。重新起动前，必须合上总空气开关QF1。 注意事项：急停按钮按下后请及时将急停按钮复位，避免因总控开分离脱扣器线圈长时间带电而烧坏。 e、控制流程图,2、手动操作 通过面板上的选择旋钮选择“手动”挡，此时开始检测油池温度，若油池温度过低，则触摸屏上显示“油温过低”，须起动油加热器加热，此时，油加热

15、器不会自动起动，必须要手动起动，一旦手动起动油加热器，则为自动循环加热，即加热到所设定的油温中限，停止油加热，当油温降到下限后，又自动开始加热，等再次加热到油温中限，又停止油加热，等到油温降到下限后，再次加热，如此反复循环。在这个循环过程中，只要点一下“油加热停止”，油加热器才会停止循环加热。当油池温度达到起机温度时方可起动压缩机。 在手动控制方式下运行时，“风机起动”、“风机停止”、“气泵起动”、“气泵停止”、 “水泵起动”、“水泵停止”、 “油加热起动”、“油加热停止”、“主机起动”、“主机停止”、以及各个电磁阀的打开与关闭都可单独控制。主机起动前必须先起动水泵，停机时先停主机，再停水泵。

16、 具体过程如下： 手动电机起动顺序为：风机水泵气泵主机，然后关闭放空阀，再打开进气阀。要停止压缩机时，停机顺序为：先关闭进气阀，由高压级到低压级延时打开排污阀排污，延时关闭排污阀，排污阀结束后，放空阀打开，主机停止。若不按上述停机顺序操作，比如先停水泵，则主机会被强制停止；反之，不起动水泵等设备，手动起动主机会无效。同样，在手动方式下，主机也不能频繁起动，但系统没有限制起动间隔时间，这需要靠现场养成良好的操作习惯，尽量让主机的起动间隔时间大于5分钟。在手动起动系统前也要对实时检测数据进行检查，看是否在预警报警点之内，以避免频繁起动主机。,（五）人机界面介绍及操作 5-1 .人机界面介绍 该人机

17、界面简单、易懂、操作方便，响应速度快，可以实时显示各路数据的变化情况，并能反映出各种设备的运行状况。各种数据及参数的设定、电机及阀的手动起动和关闭也是通过该人机界面实现的。它是人和PLC对话的桥梁。 熟悉每个参数的功能可以更好的发挥整个系统的性能，请务必仔细阅读以下详细说明。 5-2. 人机界面各页面参数详细介绍 5-2-1.首页显示 系统上电后显示该页面，点击“进入系统”按钮进入操作系统。,5-2-2.系统进入页 在该页输入密码后进入系统，进入系统的密码为：XXXX，该密码可以修改。,5-2-3.运行时间显示页 该页显示压缩机本次运行时间和累计运行时间，本次运行时间是指单次起动系统运行的时间

18、，时间不累计，每次起动系统都从0开始计时，上次运行时间自动清除。累计运行时间是指起动系统的所有时间，即所有本次运行时间之和，只要系统起动，时间就会增加，该时间无法清除，只有累计运行到10000小时后，该时间才会自动清零，再开始重新计时。点击“退出系统”按钮返回到首页，点击“进入开机连锁页”进入下一页。,5-2-4.开机连锁页 开机连锁页也叫开机状态页，上面有“手动”、“自动”指示，显示当前所选择 的操作方式为自动还是手动。该页主要显示当前系统起动或停止的流程。当油池温度显示“过低”时不允许起动系统，当油池温度显示“正常”方可起动系统。此时若按“起动”键，则系统会按箭头所指方向依次起动设备。用户

19、可以从这页进入所有的页面 。最下面一排按钮用于进入各页面，如果要进入参数设定页，则必须输入密码才能进入，该密码不可修改。,5-2-5.实际值显示页 在这三页上可以看到即时更新的模拟值数据，并可以看到所设定的报警值，能更直观的观察到现在设备的运行情况，当某一模拟值超过限定值时，系统会报警并停机,当故障排除后，按下“故障复位”按钮，报警解除。从这页可以返回开机连锁页，如果想查看下一页模拟值，可以通过右下角的翻页键进入下一页模拟值显示页。（“故障复位”按钮在故障报警页面，后面有详细介绍）,5-2-6.参数设定页 该页可以设定模拟量的预警值，停机值，故障延迟检测时间以及排污阀的动作和间隔时间等一系列参

20、数。如果监测的数据达到用户设定的预警值，则给出预警，提醒用户注意；如果达到停机值，则系统进入停机流程。从这页可以返回开机连锁页。如果想设定下一页模拟值，可以通过右下角的翻页键进入下一页模拟值设定页。当要设定数值时，在屏上的数值处点一下就会出现如下图所示的画面，然后输入要设定的值后点“ENT”即可；如果输入错误，可以点“CLR”清除；如果中途又不想改变原来的值，则点“ESC”退出；如果只想删除最后输入的那一位数字，则点一下“DEL”即可。,5-2-7.手动操作页 当在手动状态时，可以通过手动控制页里的“起动/停止”，“通电/断电”按钮来手动控制设备。并可以通过右下角的翻页键进入下一页。 注意事项

21、：该页所有的操作只有在手动方式下才能动作。,5-2-8.密码修改页 该页可对进入系统的密码进行修改，修改后点击确定就可以将所修改的密码记录。,5-2-9.故障显示页 当设备发生模拟值超限或设备过载故障时，触摸屏会自动弹跳到这一页并显示相关的故障信息，按下“故障复位”按钮后蜂鸣器停止报警，针对相应的故障进行检查并排除故障。详细处理方法见第4章故障检查及维修。,注意： 报警信息前面的字母所代表的含义为“A表示所显示的故障存在；C表示已按下故障复位按钮，已经手动复位”,（六）故障检查及维修 6-1.软起故障 当在运行时检测到软起故障时，系统会报警停机，并在触摸屏上显示“软起故障”，此时要打开控制柜，

22、观察软起动的显示面板，记录下软起动的故障代码如：“E r r #”,#为数字，不同的数字代表不同的故障。故障代码见软起动说明书，也可在我们的网站下载相应的软起说明书，本控制系统使用的是CMC-M系列软起动，网站：。 常见的故障如下： E r r 4，代表输出缺相。处理方法：切断总电源，用万用表的“蜂鸣挡”测量软起同一相的进线与出线，如果该相导通，则有可能是软起动的可控硅击穿，另一方面是旁路接触器的主触点没有断开，应打开旁路接触器的灭弧罩查看主触点有无错位现象，是否有触点没完全断开。如果测量三相都不通，说明软起动和旁路接触器正常，此时应检查软起动侧的接线与电机侧接线是否有松动现象，并用兆欧表测量一下电机线对地是否有短路现象并处理。 E r r 1，代表输入缺相。处理方法：切断总电源，检查控制柜的进线是否正常，接线是否有松动现象并加以处理。 6-2.过载故障 各个电机在运行过程中会因为过电流而停机，此时