LNG撬装加气站的优化设计后的加气站方案.doc

储罐及撬体设计、制造标准.一、储罐及撬体设计、制造标准TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程 GB150钢制压力容器GB/T18442低温绝热压力容器 压力管道安全技术监察规程工业管道GB/T19204 液化天然气的一般特性 GB50156 汽车加油加气站设计和施工规范 GB50016 建筑设计防火规范 GB50028 城镇燃气设计规范 GB50058爆炸和大灾危险环境电力装置设计规范GB50235 工业金属管道工程施工及验收规范 GB50236现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范 GB/T20368 液化天然气（LNG）生产、储存和装运GB50264 工业设备及管道绝热工程设计规范GB50126 工业设备及管道绝热工程施工规范GB50257 电气装置安装工程爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范Q15A121-2011 撬装式液化天然气（LNG）汽车加气站技术规范以及其它国标、行业标准和厂家企业标准二、总则1. 项目背景LNG撬装加气站的实践经验进行优化设计后的加气站方案。2. 范围本方案描述的内容包括设备采用技术标准，技术水平，设备结构，工艺流程，设备性能等有关文件资料，成套站的总投资及提供的各种服务内容。3. 编制原则本方案将社会效益和综合经济效益放在首位，遵循“以社会经济效益位中心，以设备质量位重点”的原则，采用高标准、高技术的部件，以安全、可靠、实用、经济作为总原则，严格执行国家、行业有关标准和规范，确保整个加液站的运行安全、可靠。4. 技术要求采用LNG，通过成套设备给LNG和CNG汽车提供动力燃料；设备为室外安装，整体采用撬装结构，便于现场安装，设备在生产厂内整体组装、调试；加气能力达到30000Nm3/d以上；四、设备描述1. 设备原理本L-CNG加气站工艺设计范围包括LNG卸车、贮存增压、LNG柱塞泵加压，高压气化、CNG贮存、BOG处理、安全泄放、调压计量等。设计内容包括：对以上各个子工艺进行综合的流程设计、设备选型以及配管设计。LNG通过公路运至加气站储存气化装置。首先，卸车利用压差或低温泵将槽车内LNG输入低温LNG储罐。非工作条件下， LNG储罐内储存温度为-162，压力为常压；工作条件下，LNG储罐内压力稳定为0.10.15Mpa（以下压力如未加说明，均为表压）。LNG加注撬将LNG低温储罐内的液体经低温潜液泵加压后，通过管线输送至LNG加液机，经过计量后加注至以LNG为燃料的车辆内。CNG加注撬将低温LNG自流进入低温柱塞泵，经泵加压至25.0Mpa，进入主气化器，换热后转化为气态NG并升温至温度大于0，压力为25.0Mpa；然后经顺序控制盘控制自动送入高、中、低储气井，并分配给加气机自动加气。本设计采用撬装式，即将增压汽化器、管道、控制阀门、低温潜液泵、泵池以及加注系统等集中安装在撬装上。该站具有以下特点：高度集中、一体化设计，占地面积小：现场安装量小，投入使用快；撬装设计，便于运输和转移，具有良好的机动性；关键部件采用进口原装件，电气仪表系统按防爆设计，安全可靠；工艺管线短，预冷时间短，加注速度快；PLC全自动控制，人机界面良好，操作方便。为了系统安全，保证减少防爆电气件的使用，降低成本，控制柜独立于撬块外，安装在安全区域的控制房中，符合国家规范要求。2. 主要技术参数及指标项目名称LNG加气站技术指标日加气能力不低于30000Nm3系统最高允许工作压力设计为1.6 Mpa加气计量精度高于1%能耗低于0.05kwh/Nm3单车加气时间24分钟加气预冷启动予冷时间不超过30s卸车时间不大于1.5小时储罐内LNG液体利用率高于92日蒸发率0.2%噪声55dB无故障工作时间5000h主要功能要求具有低温泄漏、爆燃、消防、生产保护等安全监控、报警系统和应急保护等功能；3.主要设备描述L-CNG撬装加气站包括以下主要工艺设备：LNG低温泵及泵池LNG低温泵包括泵体和泵池两部分，泵体为浸没式两级离心泵，整体浸入泵池中，无密封件，所有运动部件由低温液体冷却和润滑。LNG低温泵由一台变频器控制。根据LNG燃料加注泵的性能曲线对LNG 低温泵进行选型为美国ACD公司生产的浸没式两级离心泵，这是一种LNG加气站通用的低温液体泵，利用低温液体实现自身润滑，所以结构简单，易于维护，其突出特点：一是变频设计，适合于加气站这样的多工况条件使用，二是其技术参数易于满足LNG加气站的设计设计参数，因此在LNG汽车加气站的设计中被广泛采用。低温泵的平衡口和出液口管径均为DN40；进口压头小、具有防气蚀功能、稳定性好、安全性能高，节能效果显著、检修维护简便等特点。名 称单 位技术参考工作介质LNG设计流量L/min320进口压力MPa0.10.5扬程m490最高转速rpm6000所需进口净正压头m0.8入口口径inch2出口口径inch1电机功率HP(kw)15电源3相，380V，50HZ管路及阀门系统管道材质为奥氏体不锈钢，钢号为0Crl8Ni9，符合GB/T14976-94流体输送用不锈钢无缝钢管。配管用标准外径采用GB8163或SH3405（壁厚系列为SCH10s）。输送LNG低温液体及BOG低温气体的管线需进行保冷，法兰、阀门均设法兰、阀门保冷套。发泡隔热爆冷材料采用成形聚异氰尿素脂，具有导热系数低（用做保温材料最低0.020w/m.k），隔热性能优良；防火等级高，防火等级达到GB8624之B1级标准；温度范围广，尺寸稳定性好，使用温度范围可达-196120。阀门采用专用低温阀门，满足输送LNG压力（压力级别PN1.6MPa）流量要求，且LNG具备耐低温性能(-196)。主要包括：专用长轴截止阀、短轴截止阀、安全阀、止回阀、紧急切断阀等等。管道阀门选用按照API标准制造的专用液化天然气用不锈钢阀门，钢号为0Cr18Ni9，保温管段采用长轴式，不保温管段采用短轴。阀门与管道间的连接采用焊接型式连接。加气机：选用进口质量流量计，单套加气机选用1台流量计实现液体加注计量功能，1台流量计实现气体回气计量功能，实现精确计量的目的。加气枪选用优质产品，功能安全可靠。加气机面板采用不锈钢，包括所有必要的计量元件、阀门、安全装置，具有显示计量结果和售气量功能，即加气量、金额、单价等，这些数据可以通过通讯接口传送给控制系统的上位机，进而实现数据的远程采集和管理。具有班累计功能提高交班效率，保证累计数据真实可靠。有掉电时数据保护、数据延长显示及重复显示功能，停电也可交班。具有完善的数据传输软件可与计算机管理系统实现通讯及控制。具备计量单位转换功能，预冷智能判断功能，可定量加气，能够查询累计流量、当次加气流量，具有加气超装预判功能，加气机内配置的气动阀门选用高可靠性的低温阀门，加气机的有效精度达到1%，预冷时间5分钟以内，间断加气再次预冷时间间隔长（4-8分钟）的特点。加气枪可以连续加气而不会出现枪头与加气口冻结、密封失效等导致LNG外泄等故障现象。加气时能自动识别车用钢瓶是否充满，并能自动停机。加气机的主要技术要求：（1）所有阀门均可卸开维修。配置安全联锁系统，加气软管设有拉断保护装置，拉断现象出现时系统转入保护状态，当加气软管被拉断时可自动停机，确保液体不泄漏。泵、加气机预冷判断，条件满足方可开始加气作业；（2） 采用独立的计量控制系统，具有压力、温度补偿功能，计量精度通过相关部门认证；（3） 具有非定量加气和预置定量加气功能，具有体积加气和质量加气选择功能；有掉电时数据保护、数据延长显示及重复显示功能，停电也可交班。（4） 低温泵安全启停控制；液体超装、低液位控制；完善的压力监控机制；（5） 加气机预装ESD控制按钮；（6） 具备远程监控接口功能；加气压力、温度和流量、流速可远传至加气站控制系统，实行统一的管理；（7） 加气机的操作面板和显示安装在机柜上，便于操作；（8） 本安和防爆设计，安全可靠。（9） 选用高亮度显示屏，字体清晰醒目。（10）加气机上有给加气枪化冰的压缩空气吹扫装置。（11）加气机采用半封闭结构，门应为可拆结构；不锈钢外壳设计，美观大方。（12）所有接管对外连接均采用法兰方式； （13）配置静电接地栓，提高安全性。（14）配小票打印功能；(打印系统符合防爆要求,并取得国家级防爆证)；（15）具有IC卡预留口及加气电脑管理功能；加气机IC卡系统已达到国家防爆标准；（16）具有通讯接口，可与计算机连接；加气机的主要技术指标适用介质液化天然气（LNG）流量范围0200L/min计量准确度1.0%额定工作压力1.6Mpa环境温度-3055管路温度-19655计量单位Kg、L、Nm3读数最小分度值0.01 Kg、（L、Nm3）单次计量范围09999.99 Kg（L、Nm3）累计计量范围99999999.99 Kg（L Nm3）加气软管1英寸不锈钢软管 4m气相回收软管1/2英寸不锈钢软管 4 m加气枪头进口1英寸LNG专用加气枪气相管接头1/2英寸快速接头。工作电源220V AC 5A外形尺寸重量防爆等级整机防爆 Exdibem AT4CNG加气机（售气机）1）配备监控系统，监测充气过程的温度、压力、流量和速度，控制充气速度；配备安全联锁系统，当加气软管失压、过压、过流时可自动切断气源，停止加气；2）质量流量计具有温度压力补偿，断电保护、断电复位功能，具有自监测故障功能，预留智能通讯接口等。3）三线压力自动切换，保证对三瓶组的准确合理取气；4）加气机加气计价显示：“加气量”、“单价： 元/m3”、“金额： 元”，并带有压力表显示压力；5）具有断电数据保护，数据延时显示功能；6）加气控制系统：对储气瓶组进行取气控制，以保证最大的充气流量；7）可以随时查询总累计量；8）具有定气量，定金额的预置加气功能；9）加气软管长度不小于6m；10）可调整加气压力及气体密度；11）配置拉断阀、入口球阀；12）可复显最近的加气数据，以备查检；13）具有自动检测故障功能，能自动显示故障代码；14）加气软管有拉断保护功能；15）具有卸压及排污功能；16）具有手动紧急切断阀；17）具有在线清洗过滤器功能，而不拆卸过滤器。18）具有计量信号线断线后，自动关机，防人为偷气，保障业主利益；19）配售气机电脑管理系统；系统达到国家防爆标准；20）配小票打印功能；(打印系统符合防爆要求,并取得国家级防爆证)；21）具有IC卡预留口及加气电脑管理功能；加气机IC卡系统已达到国家防爆标准；22）具有通讯接口，可与计算机连接；主要指标：流量范围 230Nm3/min/枪；设计精度 0.5%；最大工作压力 25.0 MPa；运行压力 20.0 MPa（可调整）；耐压强度 37.5 MPa；环境温度 -40+50；防爆等级 ExdemibAT4；型式 双枪三线；工作电源 220V15% 50Hz1HZ；读数最小分度值 0.01Nm3、0.01元；单次计量范围 0-9999.99Nm3 元 kg；累计计数范围 0-999999.99Nm3 元 kg；单价预置范围 0.01-99.99元/m3；密度预置范围 0.0001-0.9999；预置定量范围 1-9999.99Nm3元 kg；拉断阀拉断力 400N（20Mpa时）；额定功率 200 W质量流量计 采用进口质量流量计并带有温度传感器进行补偿。高压液体柱塞泵其工作目的是将贮槽中的液化天然气液体增压直接输入高压汽化器中。简捷优化的设计和精心的制造保证了长时间安全可靠的运行LNG加注系统。该泵结构新颖、材质优良、加工精湛、性能稳定、容易操作、维护方便、使用寿命长；传动机构为连杆十字头结构，寿命长；泵头采用真空冷端夹套式，冷损小，汽化量少，预冷时间短，液体损失少；内置试过滤器，实用可靠；活塞环、导向环和密封圈由具有良好耐磨性的高分子复合材料制成，寿命长；操作方便，开机时间短；泵的工作不会引起贮槽压力的增加，反而长时间连续工作可使贮槽压力降低；动力采用防爆电机,使安全系数范围更大，使用灵活方便安全；低能耗，低噪音下运行；国外进口轴承、三角皮带使传动箱和皮带轮寿命更长；外观：汽车油漆，经久耐用。运行介质： LNG形式：卧式、双缸、活塞泵工作温度：-196流量：1500L/h最大出口压力： 25.0MPa最大进口压力： 0.6MPaNPSH（最低净正吸入压头）：0.02MPa输入电源：380V、3相、50HZ电机功率：22Kw高压空温汽化器参考规格型号为：VALNG-1000-280，单台汽化能力1000 Nm3/h，最高工作压力不小于32MPa，加热方式为自然空温式，无需外加热源。经高压柱塞泵加压后的LNG通过高压空温气化器后汽化为CNG，其出气温度接近环境温度，压力降0.2Mpa，受压管为0Cr18Ni9不锈钢无缝钢管，换热管为6063-T5防锈铝，翅片形式为抗氧化表面处理的大翅片，受压管采用胀接方式紧密贴合在换热管内，换热管之间为柔性补偿连接结构。主要参数：型式： 立式换热型式：空温式设计气量：1500 Nm3/h设计压力：32MPa进口温度：-160-137出口温度：较环境温度低010主体材料：铝翅片管衬不锈钢管增压/调压汽化器撬装式LNG加注站配备一台卧式汽化器，包括一个增压器，一个EAG加热器。增压器具备两种用途：卸车及储罐自增压；加热器用于集中排空，LNG转CNG。联体设计，充分节省空间。序号技术参数名称增压器参数EAG加热器参数1进口温度设计温度-196-196运行温度-162-1622出口温度设计温度-196-196运行温度-145常温3设计压力（MPa）1.61.64工作压力（MPa）1.0 1.05单台汽化量（Nm3/h）300 1006安装形式卧式、室外卧式、室外7材料3A213A21储气瓶组高、中、低储气瓶组一套，单只钢瓶水容积0.9立方，一组六只，水容积5.52立方。其主要性能如下：1)1)瓶体材质为4130X优质铬钼钢，经调质处理，具有优良的综合机械性能；2)2)瓶组分为高、中、低压三组，分别为1、2、3组容器；3)3)每组容器设进出气汇管，并装有1寸进出气球阀，球阀对外接口为1寸卡套接头；4)4)每组容器装有安全阀，安全阀前装有球阀，平时处于常开位置，安全阀后设置统一放散汇管，对外接口为1寸卡套接头；5)5)每只容器一端设有1/4寸排污阀，排污阀后设1/4寸汇管，对外接口为1/4寸卡套接头；6)6)总水容积5.25m3，充装总容积1560 Nm3，工作压力25Mpa。顺序充气控制盘顺序充气控制盘的规格ZSG-20/4B-A，其功能是将从高压汽化器来的CNG按次序依次分配给每个储气瓶组，充气从最小容量的高压瓶组开始，即高、中、低的顺序依次向储气瓶组输入气体，实现自动顺序充气。直充管路可连接加气柱为槽车充气或直接为加气机充气。该顺序控制盘的特点是流量大，可任意调整高、中、低三组瓶组的充气顺序。1）顺序充气控制盘参数：最大流量2000Nm3/h工作压力：25MPa压力调节范围：1MPa 25MPa进口接管：22变254不锈钢接头，1个。出口接管：22变254不锈钢接头，4个。2）顺序控制盘的调整：出厂时已按高压组顺序阀10MPa，中压组顺序阀16MPa，低压组顺序阀20MPa调节好。调整的目的是使系统工作时当管路中天然气压力达到10MPa时优先充高压瓶组，当高压瓶组达到16MPa时自动开始充中压瓶组，当高、中压瓶组都达到20MPa时开始充低压瓶组。如要改变充气压力设定值，可以调节顺序阀上的螺杆，具体调节方法详见安装使用说明书。调节完毕后一定要锁紧各顺序阀的锁紧螺母，以保证压力稳定和生产安全。仪表风系统本设计中需要紧急切断或要自控的部位均设有气动阀，仪表风系统就是为气动阀提供符合要求的控制气源，本设计中控制气源为压缩空气。仪表风系统主要设备有空压机、干燥过滤器、电磁阀等，出口气质满足工业自动化仪表气源压力范围和质量的要求。自动控制LNG和L-CNG加气站是由低温储罐、低温泵、LNG加气机、柱塞泵、顺序控制盘、储气装置、CNG加气机、工艺阀门等组成的具有完整独立的加气、调压等主要功能和其它辅助功能的系统。需要通过简单的操作方式实现上述功能的自动控制。根据国内外同类LNG和L-CNG加气站的控制系统设计思路，结合LNG和L-CNG加气站的工艺特点及要求。本LNG加液站和L-CNG加气站项目的控制系统拟采用由PLC、工控机和输入输出设备组成一套完整独立的集中控制系统，实现加气、加液、调压工艺的控制、显示、报警、参数查询、历史记录查询及报表打印等。系统应具有专门编制的控制和管理软件，具有远传接口，以实现系统的远程监控、诊断和数据传输。系统与可燃气体检测和报警、ESD开关的联动，实现安全控制。 控制系统应有后备电源支持停电状态下的可燃气体监测和数据保持。控制系统设置了浪涌保护电子设备，将有效遏制雷击或大大减轻雷击损失。站控系统由传感器、变送器、电磁阀、控制板、工控机等设备组成。五、工艺流程 本L-CNG加气站工艺设计范围包括LNG卸车、贮存增压、LNG加注、LNG柱塞泵加压、高压气化、CNG贮存、BOG处理、安全泄放、调压计量等。设计内容包括：对以上各个子工艺进行综合的流程设计、设备选型以及配管设计。LNG通过槽车运至加气站。首先，卸车利用低温潜液泵或压差将槽车内LNG输入低温LNG储罐。非工作条件下，LNG储罐内储存温度为-162，压力为常压；工作条件下，LNG储罐内压力稳定为0.10.15Mpa（以下压力如未加说明，均为表压）。然后，低温LNG自流进入低温烃泵，经泵加压至25.0Mpa，进入主气化器，换热后转化为气态NG并升温至温度大于0，压力为25.0Mpa；然后经顺序控制盘控制自动送入高、中、低储气井，并分配给加气机自动加气。1. 卸车流程卸车流程采用汽化器卸车和LNG潜液泵卸车两种卸车方式。 汽化器卸车 采用300m/h增压汽化器卸车：LNG通过槽车的增压口进入增压汽化器，增压汽化器将LNG汽化，在将汽化后的气态天然气通过LNG槽车气相口进入车内给槽车增压，使LNG槽车的压力升高，与加气站内的低温储罐形成压差，在压力作用下，使LNG进入撬内的低温储罐，完成自增压卸车过程。 潜液泵卸车 将LNG槽车的出液口和气相口与储罐的进液口和气相口相连，对潜液泵和管道充分完全预冷后，按下卸车启动按钮，潜液泵开始运行，通过LNG潜液泵系统自动卸车，将槽车内的LNG卸入撬内的低温储罐，完成潜液泵卸车过程。2. 调压过程以LNG为燃料的汽车发动机需要车载气瓶内的饱和液体压力较高，而运输和储存需要LNG饱和液体压力越低越好。所以在给汽车加注之前须对储罐中的LNG进行升压升温。加注站储罐升压得目的是得到一定压力的饱和液体，在升压的同时饱和温度相应升高。增压过程中低温储罐的LNG从储罐出液口流出，经过工艺管线流到增压汽化器中，通过汽化器与大气换热。升温气化后的天然气在经过储罐的下进液口进入储罐。在此过程中升温后的天然气与储罐中LNG充分混合达到对LNG增压升温的目的。3. 加气过程潜液泵和管道充分完全预冷后，储罐中的LNG通过潜液泵将液体打入LNG加注机，经计量后加注到以LNG为燃料的车载瓶中。加注时，将加液枪和回气枪连接到汽车加液口和回气口上，介质通过加气管路进入汽车储罐，流量计将脉冲信号传输给微机控制器，微机控制器进行处理后，通过显示器显示总量和金额。4. 加压工艺本工程采用LNG柱塞泵对LNG加压,以满足压缩天然气供气压力不小于20MPa的要求。泵将自留入的低温LNG加压至25.0MPa后送入主气化器。本工程选用额定流量1500l/h低温烃泵2台（1用1备，大流量时可以同时打开），泵进出口介质压力0.40.45MPa，出口介质压力25.0MPa，设计运行温度-196。5.气化加温工艺考虑到环保节能，主气化器选用空浴式高压气化器。通过低温LNG与大气换热，实现LNG的气化、升温（LNG温度不小于0）。6. BOG工艺一、BOG来源由于吸热或压力变化造成LNG的一部分蒸发为气体(Boil Off Gas)，本工程中BOG气体包括：1）LNG储罐吸收外界热量产生的蒸发气体；2）LNG卸车时储罐由于压力、气相容积变化产生的蒸发气体；3）注入储罐内的LNG与原储罐内温度较高的LNG接触产生的蒸发气体；4）卸车时注入储罐内气相容积相对减少产生的蒸发气体；5）注入储罐内压力较高时进行减压操作产生的气体；6）槽车内的残余气体二、BOG工艺及参数确定BOG的处理采用减压排出方式。BOG气体为低温状态，经加热器加热至不小于气温10后，进入BOG调压装置，减压后送入城市管网用气。6.放散系统天然气为易燃易爆物质，在温度低于-120左右时，天然气密度重于空气，一旦泄漏将在地面聚集，不易挥发；而常温时，天然气密度远小于空气密度，易扩散。根据其特性，按照规范要求必须进行安全排放，设计采用集中排放的方式。安全泄放工艺系统由安全阀、EAG加热器、放散管组成。低温放散NG经过EAG加热器进行集中加热后，通过放散管高点排放，EAG加热器采用100Nm3/h空温式加热器；常温放散NG直接排出。在一些可能会形成密闭的管道上，设置手动放空加安全阀的双重措施天。六、自控系统方案6.1上位机及软件配置上位机部分即操作员站，采用研华工控机，组态软件采用西门子的WinCC V6.0组态软件，底层编程软件采用STEP7 V5.4，操作系统采用微软的Windowes2000。主要完成液化天然气加气站的集中操作、监视、系统功能组态、控制参数在线修改和设置、记录、报表生成及打印、故障报警及打印等功能。通过彩色显示器可直观地显示全站各工艺流程段的实时工况，使操作人员及时掌握全站运行情况。监控计算机性能 P4 2.8GHz中央处理器80GB硬盘（7200rpm）1.44MB3.5软驱40速光驱1G内存128M显卡（独立内存）512K高速CACHE标准键盘及鼠标22液晶显示器，符合TC099标准，带宽200M以上，点距0.25mm与其他PLC或上位机通讯的网卡6.1.1组态软件简介6.1.1.1介绍 在PC基础上的操作员监控系统近年来发展迅速。SIMATIC WinCC 在使用最新是潮流的领导者。WinCC代表Windows Control Center（视窗控制中心）。换句话说，它在Windows NT或Windows 2000标准环境中提供所有功能，并确保可靠地控制生产过程。在用于监视和控制的SIMATIC HMI 产品中，WinCC具有控制自动化过程的强大功能，是基于个人计算机，同时具有极高性价比的SCADA级的操作监视系统。WinCC的显著特性就是全面开放，它很容易结合标准的和用户的程序建立人机界面，精确地满足生产实际要求。系统集成商可应用WinCC做为其系统扩展的基础，通过开放接口开发自己的应软件。WinCC是结合国际上久负盛名的西门子公司，在过程自动化领域中的先进技术和世界市场先驱的MICROSOFT PC软件技术的强大功能的产品系列。WinCC是现代化的系统，它具有广泛的应用和极高的兼容性，适用于办公室和制造系统。WinCC提供成熟可靠的操作和高效的组态性能，同时具有灵活的伸缩能力。因此无论简单或复杂任务，都能胜任。WinCC很容易集成到全厂范围的应用系统中，而且可集成于MESS和ERP。由于西门子公司的综合服务和支持，WinCC可在全球范围内使用，并得到全球范围的支持。6.1.1.2性能特点卓越的系统，强大的功能，其要点如下：（1）创新软件技术的使用WinCC基于最新发展的软件技术，与Microsoft的密切合作保证用户能获得将来不断创新的技术。（2）包括所有SCADA功能在内的客户机/服务器系统即使最基本的WinCC系统仍能提供生成复杂可视化的任务的组件和函数。生成画面、脚本、报警、趋势和报告的编辑器由最基本的WinCC系统组件建立。（3）可灵活剪裁，由简单任务扩展到复杂任务WinCC是一个模块化的自动化组件，可以灵活地进行扩展，从简单的工程应用到复杂的多用户应用，甚至可应用在工业和机械制造工艺的多服务器分布式系统中。（4）可由专业工业和专用工艺选件和附件进行扩展已开发了范围十分广泛的不同WinCC选和附件，均基于开放式编辑接口，覆盖了不同工业分支的不同需求，例如特定工艺如水处理。（5）集成ODBC/SQL数据库Sybase SQL Anywher标准数据库集成于WinCC。所有面向列表组态数据和过程数据均存贮于此库中。可以容易地使用标准查询语言（SQL）或使用ODBC驱动访问WinCC数据库。例如，这些访问选项允许WinCC对其他的Windows程序和数据库开放它的数据，例如集成其自身于工厂级或公司级应用系统中。（6）强大的标准接口（如OLE、ActiveX、OPC）WinCC建立了象DDE、OLE等在Windows程序间交换数据的标准接口，因此能毫无困难的集成ActiveX控制和OPC服务器、客户端功能。（7）统一脚本语言WinCC脚本由ANSI-C标准编程语言生成。（8）开放API编程接口访问WinCC函数和数据所有的WinCC模块有一个开放的C编程接口（C-API）。这意味着可（9）通过向导的简易（在线）组态在一个WYSIVVYG环境中，除了简单的对话和向导外，组态工程师可利用综合库。在调试阶段，同样有可进行在线修改。（10）可选择语言的组态软件WinCC软件是基于多语言设计的。这意味着可以在德语、英语和法语甚至众多的亚洲语言之间进行选择。（11）世界范围的在线语言转换对于在线语言转换，可以存储用户所喜爱的任何一种语言文本。因为WinCC是为多语言操作而设计的。（12）提供所有主要PLC系统的通讯通道作为标准，WinCC支持所有连接SIMATIC S5/S7/505控制器的通讯通道，还包括PROFIBUS DP、DDE、OPC等非特定控制器的通讯通道。此外，广范的通讯通道可以由选件和添加件提供。（13）与基于PC的控制器SIMATIC WinAC的紧密接口软/插槽PLC和操作、监控系统在一台PC机上相结合无疑是一个面向未来的概念。在此前提下，WinCC和WinAC实现了西门子的基于PC的强大的自动化解决方案。（14）全集成自动化T.I.A的部件T.I.A集成 各种西门子的产品包括WinCC，WinCC是过程控制的窗口，是T.I.A的中心部件。T.I.A意味着在组态、编程，数据存储和通讯等方面的一致性。（15）在SIMATIC PCS7过程控制系统中的SCADA部件SIMATIC PCS7是T.I.A中的过程控制系统。PCS7中结合了基于控制器的制造业自动化的优点和基于PC的过程工业自动化的优点的过程处理系统（PCS）。基于控制器的PCS7对过程可视化使用标准的SIMATIC部件。例如基于WinCC的操作员站。（16）集成到MES和ERP中标准接口使SIMATIC WinCC成为在全公司范围IT环境下的一个完整部件。这超越了自动控制过程，将范围扩展到工厂监控级，以及为公司管理（MES，制造执行系统；ERP，企业资源计划）提供管理数据。（17）为任何应用提供支持和咨询WinCC带有相互有关联的在线帮助。此外，对于难以解决的问题，我们的全球客户支持部门提供从周一到周五每天24小时的咨询服务。WinCC Comprehensive为您定期提供WinCC技术的定期更新以及WinCC知识库新增加的内容。最后，如果必须的话，您至少还可以依靠专家的帮助和WinCC/Competen Center和WinCC/Professional的咨询服务。6.1.1.3功能一览在资本集中的生产领域，简易性和透明性意味更少的工程和培训费用，更多的灵活性和更为稳定的控制性能优越的SIMATIC WINCC就能够满足所有这些要求。无与伦比的强大组态功能使WINCC的开发人员能显示著地减少其工程时间。至于说致电使用，任何熟悉WINCC WINDOWS的开发人员都能很快的瞭介如何使用WINCC开发器SIMATIC WINCC的核心。如联接到其他的SIMATIC部件，则系统还提供专门的功能如过程诊断和维护。WINCC是一个焕然一新的人机界面。毫无问，WINCC将所有SIMATIC工程工具的组态功能集成在一起。WINCC提供用于过程可视化和操作的全部基本功能。此外，WINCC提供宽范围的编辑功能和接口使用户能为其特定的应用单独地组态功能。1任务或可组态的运行时功能2快速访问所有工程数据和全局设定的中心项目管理器3通过全部图形对象，能自由组态可视化和进行操作，能够方便地使用所有属性的动态结构。4符合DIN19325，在显示和操作设备上记录和报告消息系统；可随意选择消息目录，消息显示和报表。5采集、记录和压缩测量值，显示趋势和表格以及进一步处理。6自由选择布局格式的报告系统。以按时间顺序或按事件记录的信息，动作，归档和当前数据的文件作为用户报告（过程数据）或项目文件（组态数据的反馈文件）7用户及其访问权限的用户友好的管理工具。8通过嵌入式的ANSI-C编译器处理无限制的过程功能。9连接范围广泛的不同控制器（SIMAYIC S5/S7/505通道，跨平台通讯通道如供货范围内的PROFIBUS DP,DDE,OPC5）.10与其它Windows应用程序的开放集成（ODBC/SQL，ActiveX,OLE,DDE,OPC等）11具有单独访问WinCC(C-API)数据和功能的接口和集成到特定的用户程序中。6.2 PLC系统依据I/O清单，本次系统配置采用S7-300的PLC来采集数据和控制现场设备。为保证本站安全、稳定的运行，提高工作效率，本站的相关运行参数采用就地及控制室显示，并通过站控系统对生产过程进行监视和控制。控制室设中央控制台，控制系统采用PC+PLC组成，设置一台上位计算机，配一台22”彩色液晶显示器和一台打印机，通过中央控制台可监视、控制整个气化站运行的全过程，并可计算所需的技术参数，绘制所需的曲线、图形，也可以完成各种报表及事故报警记录的打印。6.2.1 PLC模块部分S7-300 CPU模块SIMATIC S7-300可采用不同性能级别的多种CPU，各种不同的应用，采用不同级别的特性能力。CPU 313C模块CPU 315 具有中到大容量程序存贮器和大规模I/O配置。模块型号：CPU 313C (6ES7 313-6CF03-0AB0) 主要技术规格：工作存储器48KB装载存储器 内置80KB逻辑 RAM 可扩展的FEPROM4MB执行时间 位操作0.3s 字操作1s 定点加2s 浮点加50s数字量通道Max. 1024/1024模拟量通道Max. 256/128实时时钟有诊断缓冲器有通讯接口1个 MIP编程语言STEP 7用户程序口令保护S7 300数字量输入输出模块数字I/O模块包括用于SIMATIC S7-300的数字输入和输出。通过这些模块，可将数字传感器和执行元件与SIMATIC S7-300相连。数字I/O模块具有下列优点：优化配合： 可利用可以任何方式组合的模块使输入/输出点数与任务相配合。灵活的过程连接： 可通过各种不同的数字执行元件和传感器使S7-300与过程相连接。绿色的LED用来显示输入/输出端的信号状态由前盖保护的前连接器前盖上的标签区组装简单： 模块安装在DIN标准导轨上，通过总线连接器与相邻模块相连接。没有插槽规则；输入地址由插槽决定。方便用户的接线： 模块通过插入式的前连接器进行接线。第一次插入连接器时，有一个编码元件与之合，这样该连接器就只能插入同样类型的模块中。更换模块时，可保持前连接器的接线状态，用于同样类型的新模块。 SM321数字量输入模块模块型号：6ES7 321-1BL01-0AA0主要技术规格：输入点数32额定负载电压L+L1 额定值24伏直流 允许范围20.4到28.8伏与背板总线的光电隔离光耦合器输入电压 额定值24伏直流 信号1时15到30伏 信号0时-3到+5伏输入延时 额定电压时1.2到4.8毫秒SM322 数字输出模块模块型号:6ES7 322-1BL01-0AA0主要技术规格：输出点数32额定负载电压L+L124伏直流 允许范围20.4到28.8伏与背板总线的光电隔离光耦合器输出电流 信号1时0.5安 信号0时0.5毫安触点开关频率 阻性负载 最大100赫兹 感性负载 最大0.5赫兹短路保护电子输出模块信号与被测控设备之间采用继电器加以隔离驱动，继电器选用费尼克斯的产品。触点容量为5A,250VAC。继电器为插入式DIN导轨安装，并带有继电器状态指示。我们设计提供线圈与接点抑制，并通过PLC软件提共手动测试操功能。模拟量输入输出模块模拟I/O模块包括用于S7-300的模拟输入/输出模块。通过这些模块可将模拟传感器和执行元件与S7-300相连。模拟I/O模块具有下列优点：优化配合: 模块可任意组合以配合任何所需的输入/输出点数量。没有必要增加投资。强大的模拟技术: 不同的I/O范围和高分辩率允许与众多不同的模拟传感器和执行元件相连。红色LED表示组故障/错误 前面板保护着的前连接器前面板上有标签区组装简单：模块安装在D+H标准导轨上，通过总线连接器与相邻模块相连接。没有插槽规则；输入地址由插槽决定。接线方便：模块通过插入式的前连接器进行接线。第一次插入连接器时，有一个编码元件与之合，这样该连接器就只能插入同样类型的模块中。更换模块时，可保持前连接器的接线状态，用于同样类型的新模块。SM331模拟量输入模块模块型号：SM331 6ES7 331-7KF02-0AB0主要技术规格：输入点数8差分输入是输入范围 电压1到5伏/2兆欧 电流4到20毫安/250欧姆到背板总线的光隔离是光电隔离，测试电压500VDC积分时间20毫秒 100毫秒分辩率12位 15位基本误差极限0.05% 满量程为便于拆下电流回路中的电路板，设计提供一个齐纳二极管，防止断路。电源模块S7-300需要24伏直流电源。PS307负载模块将120/230伏交流电压转化为该单元的24伏直流工作电压。 这样就可以使用线路电源来运行SIMATIC S7-300和过程传感器及执行元件。负载电源模块安装在DIN导轨上（插槽1），紧靠在CPU 输出电源指示器：用一个LED指示24伏直流输出电压线电压选择开关：一个带有保护罩的开关可用来选择120交流或230伏交流线电压。24伏直流的on/off开关。连接端子：前面板上还有由盖板保护着的连接端子，线电源电缆，输出电源电缆和保护接地可连接到这些端子上。模块型号：PS 307(6ES7 307-1EA00-0AA0)主要技术规格输入电压 额定值120/230伏交流 允许范围93到132伏交流/187到264伏交流线电压频率 额定值50/60赫兹 允许范围47到63赫兹输出电压 额定值24伏直流 允许范围24伏+5%，无负载时稳定输出电流 额定值5安短路保护电子式，无锁保护级别（ICE536）带有保护导体绝缘测试电压：2800VDC效率87%功率损耗18瓦6.2.2编程软件简介STEP 7基本软件是用于SIMATIC S7、SIMATIC M7和SIMATIC C7可编程序控制器的标准工具，其对用户的方便性，使用户可以很容易的使用这些系统。STEP 7对自动化工程各方面具有友好的用户功能：1、硬件的配置和参数设置2、通讯的定义3、编程4、测试，启动，和维护5、文件，建档6、操作/诊断功能所有功能均有大量的在线帮助。STEP 7是预先装在PG 720，PG740和PG760编程器中的全部标准软件的一部分。它也是PC机的软件包。为了使用PC机，必须配置MPI卡或PC适配器。STEP 7允许两个或多个用户同时处理一个工程项目。禁止两个或多个用户写访问。结构STEP 7基本软件为用户实施自动化工程提供各种不同的工具：1、 SIMATIC管理器用于集中管理，可以方便地浏览SIMATIC S7、SIMATIC C7和SIMATIC M7的所有工具软件和数据。2、 符号编辑器用于定义符号名称、数据类型和全局变量的注释。3、 硬件配置用于对自动化系统进行配置和对各种模块进行参数设置。4、 通讯用于配置连接及用于定义经MPI连接的自动化组件之间时间驱动的周期性数据传送，或定义用MPI、PROFIBUS或工业以太网进行的事件驱动的数据传输。5、 信息功能用于快速浏览CPU数据和用户所写程序在运行中的故障原因。为了生成用户所写程序，STEP 7提供了三种标准化的PLC编程语言即语句表（STL）、梯形表（LAD）和功能块图（FBD）。并且，为了某些特殊的任务，还有另外的编程语言或面向工艺的组态工具可供使用。STEP 7中有转换程序，可以转换在STEP 5或TISOFT中生成的程序。功能STEP 7将所有用户编写的程序和程序所需的数据放置在块中。在一个块内或块之间类似子程序的调用，使用户程序结构化成为可能。显著增加PLC程序的组织透明性、可理解性和易维护性。有下列块可供使用：1、 组织块（OB）用于控制程序的运行。OB按触发事件分成几个级别（如，时间驱动，中断驱动）。这些级别有不同的优先级，根据它们的优先级，一个可以中断一个。当OB启动时，提供有关初始化启动的事件的详细信息。这些信息可在用户编写的程序中进行评估。2、 功能块（FB）包括实际的用户程序。每次调用功能块时（每次调用叫做一个事件），可提供各种类型数据给功能块。这些数据以及内部变量（如，中间值）和结果存放在指定的事件数据块中并由系统自动管理。3、 功能模块（SFB）当调用功能块或系统功能模块（SFB）时，背景数据块（IDB）被赋给该块。这些块在编译时自动生成。用户能够在用户程序的任意点或从HMI系统访问这些背景数据（当然，也是通过符号）。4、 功能（FC）包括常用功能的程序。每一功能有一固定的功能值（除了IEC标准外，还有许多初始参数值）。在调用后必须立即处理所有初始值。因此，功能不需要任何背景数据块。5、 数据块（DB）：储存用户数据的数据区。除了每次运行时赋予功能块的数据外（背景数据），可定义全局数据并由任何软件块来使用（如，配方）。一个基本的或结构化的数据类型可赋予数据块的组元。基本的数据类型有BOOL，REAL和INTEGER等。结构化数据类型（区域和结构）是由基本数据类型（如，配方）组成。数据块的数据可用符号编址。这样便于编程和程序阅读。6、 系统功能块（SFB）集成到CPU的操作系统中的功能块，如SEND，RECEIVE和控制器。SFB的各种变量也存在IDB。7、 系统功能（SFC）这此是集成到CPU的操作系统中的功能，如时间功能，块传送器。8、 系统数据块（SDB）包含系统设定值如硬件模块参数在内的用于CPU操作系统的数据。管理器SIMATIC管理器管理属于自动化工程的所有数据，而不论是在什么目标系统上完成（SIMATIC S7，SIMATIC M7或SIMATIC