天然气压缩机组控制系统浅析论文_优秀论文

1、 天然气压缩机组控制系统浅析论文论文关键词：天然气压缩机组控制系统论文提要：随着国际、国内油气工业的快速发展, 特别是天然气工业的飞速发展, 用于天然气增压的往复式天然气压缩机组被越来越多的使用, 本文通过对L7044GSI/JGD4型往复式天然气压缩机组的控制系统进行分析, 简单介绍了控制系统的结构组成与控制功能的实现。前言随着国际、国内油气工业的快速发展, 特别是天然气工业的飞速发展, 一种用于天然气增压的往复式天然气压缩机组（简称机组）被越来越多的用在长输管道增压输送, 地下储气库高压注气, 油田气举采油, 油田天然气回注, 煤层气处理, 天然气发电, 油气处理厂等场合, 虽然不同应用场

2、合下的机组的控制系统略有不同, 本文通过对哈萨克斯坦KAM油田使用的美国HANOVER公司成撬的L7044GSI/JGD4型往复式天然气压缩机组控制系统WAHLECONTROLSYSTEMS进行分析, 简单介绍了控制系统的结构组成与控制功能的实现。1.机组控制系统概述机组控制系统（UnitControlSystem, 简称UCS）或称机组就地控制系统（UnitLocalControlSystem, 简称LCS）通常以就地控制柜的形式安装在机组主撬上或机组主撬附近, 由机组供应商成套提供。机组控制系统主要由过程控制单元、操作员工作站、数据通信接口等构成, 通常, 过程控制单元采用可编程序逻辑控制

3、器(PLC), 做为人机界面的操作员工作站采用带触摸屏的计算机。因此, 机组控制系统实际上是一套以PLC为控制核心, 用于机组逻辑顺序控制, PID控制, 实时数据处理, 报警停机保护, 联网通讯的自动控制系统, 可完成单台机组及其辅助系统（空冷器系统、仪表气系统等）的控制。机组控制系统自成体系, 独立于站控系统（SCS）以外。UCS自动、连续地监视和控制压缩机组及其辅助系统的运行, 保证人身和设备安全。具体来说, 该系统至少满足以下性能：根据命令或条件, 按预定程序自动完成机组的启动、加载、卸载和停机/紧急停机等操作；在所有工况下执行对机组的保护；在系统故障或误操作的情况下避免不安全的因素发

4、生；在触摸屏上显示各种工艺变量及其它有关参数；提供声光报警；与SCS交换信息；接受SCS的操作命令。UCS可实现多种操作方式选择, 各种操作控制方式之间的切换无扰动且不会导致不安全的因素发生。因此, UCS可实现以下操作方式：就地（LOCAL）人工或自动控制、远程(REMOTE)自动控制(SCS或调度控制中心操作模式)、停机（OFF）。操作方式由安装在UCP上的LOCAL/REMOTE/OFF选择开关确定。就地控制方式优先于远程控制方式。处于停机模式时, 不能启动机组, 但各种变量/参数仍处于UCS的监视之下。在就地控制时, UCS不接受SCS或调度控制中心的命令, 但各种变量/参数仍处于SC

5、S或调度控制中心的监视之下。ESD（紧急停机）控制命令优先于任何操作方式。无论ESD命令从何处下达及UCS处于何种操作方式, ESD控制命令均能被立即按预定的顺序执行。所有ESD系统的动作将发出闭锁信号, 使机组在未接到人工复位的命令前不能再次启动。ESD系统和各种保护系统均设计为故障安全型。UCS全自动的完成对机组及其辅助系统和相关联部分的监控, 如（但不局限于此）：启动/停机顺序控制（包括各个阀门的顺序控制）；负荷控制；动力源控制（如电源等）；速度控制及保护停机；机组机械状态监测及保护停机；紧急停机（ESD）；辅助系统控制及保护；超温、过压控制及保护停机。2机组控制系统的结构组成UCS的硬

6、件组成主要包括可编程控制器（PLC）、就地控制柜（LCP）、就地检测仪表、控制阀门、控制开关、ESD系统以及辅助系统等。2.1就地控制柜就地控制柜通常包括触摸屏、开关、按钮、指示灯、24VDC电源等。就地控制柜选用钢质双门或单门标准尺寸柜, 门上带安全锁。控制柜配备散热通风、照明等设施。控制柜的设计充分考虑了机柜内部和外部电线/电缆的布线空间。柜内机架与端子排的布置考虑了扩展余地且方便维护、检修, 柜内布线全部通过汇线槽, 柜下端安装接地母线。控制柜满足所处环境的防爆等级要求。2.1.1危险区域划分与正压通风通常情况下, 控制柜危险区域划分属于：1类, 2区, D组。控制柜内的部件和控制柜本身

7、的结构也必须符合1类, 2区, D组的危险区域的要求。控制柜为微正压式, 用仪表风吹扫, 用于减轻现场环境对柜内部件的损害, 用户负责向控制柜提供一个仪表风供气点。2.1.2控制系统电源需求用户负责向控制柜提供符合要求的电源：220VAC, 1Ph, 50Hz。供应商提供24VDC备用蓄电池。蓄电池安装在控制柜内。就地控制柜负责向发动机控制系统提供21.6-30VDC（最大尖峰电压2V, 最小电流12Amps）, 用于发动机控制和点火。同时, 向控制面板和末端设备提供16Amps电流, 向成套撬装电磁阀提供24VDC。2.1.3盘装开关、按钮和指示灯控制柜前面板上安装的开关、按钮和指示灯主要有

8、：控制盘电源开关、启动按钮、停机按钮、指示灯测试/复位按钮、空冷器风扇电机HOA开关、控制盘电源指示灯、机组运行指示灯、准备加载指示灯、测试模式指示灯、预润滑指示灯、空冷器风扇运行指示灯等。2.2现场仪表2.2.1成撬安装压力表成撬安装压力表符合以下要求：用于工艺气的表盘尺寸为4.5,用于辅助设备的表盘尺寸为2.5,实体表面, 开关表, 不锈钢弹簧管、承孔和移动件, 双单位显示, 钢制脉动缓冲器, 1/2NPT接口。2.1.2成撬安装温度表成撬安装温度表符合以下要求：双金属,不锈钢构件, 压封, 表面调整, 钢化玻璃, 硅树脂涂层发条, 双单位显示, 全量程精度1%, 3表盘, 1/2NPT接

9、口。2.3PLC2.3.1PLC组成PLC安装于就地控制柜内, WAHLECONTROLSYSTEMS使用AB公司的SLC500PLC作为控制核心, 主要由CPU模块、I/O模块、通讯模块、电源模块、安装附件等构成, 采用模块式结构, 图1为模块式PLC结构示意图。为保证系统的可靠性, PLC的处理器按热备设计。PLC所选用的模块为带电可插拔型模块, 且每块模块带有自诊断功能。PLC系统能够满足所需的热备冗余配置要求。对硬件的地址分配设置、I/O的量化等采用组态的方式完成。WAHLECONTROLSYSTEMS采用的SLC500PLC主要由1个CPU模块、1个10槽机架、1个7槽机架、2个电源

10、模块、3个16-PT输入模块、2个16-PT输出模块、1个8-PT模拟输入模块、1个4-PT模拟输出模块、1个4-PT模拟输入模块、2个8-PTRTD输入模块、3个8-PTTC输入模块、1个通讯模块、1条通讯电缆等组成。作为控制系统的核心, SLC500通过专用通讯电缆与MMI（人机界面触摸屏控制面板）通讯, 实现机组的实时监控、参数调整、数据处理等, 技术人员还可以通过工程师工作站与SLC500进行通讯, 进行相应权限内的操作。2.3.2SLC5/04CPU模块SLC5/04CPU模块前面板由一个三位选择开关、三个通讯接口和六个指示灯组成, 侧面有存储器模块、电池、跳线设定和铭牌等。图2为S

11、LC5/04CPU模块结构示意图。图2SLC5/04CPU模块结构示意图2.3.3I/O模块模拟输入模块1746-NI8模/数转换器为16位,共模抑制比100dB,输入相互隔离。模拟量输入模块上有报警限位设定。供给现场两线制变送器24VDC电源由PLC系统提供。输入信号420mA或15VDC可任选, 有源输入或无源输入可任选。模拟输出模块1746-NO4I数/模转换器为14位,输出020mA或420mA信号, 具有输出隔离, 具有短路保护和断路报警等功能。带负载能力不小于500。热电阻输入模块1746-NR8接收现场采用的三线制或四线制热电阻信号。热电阻主要技术特性为：Pt100, 0.003

12、85/, 1000。数字量输入模块1746-IB16数字量输入模块采用光电隔离,工作电压范围10-30VDC, 额定输入电流8mA（24VDC）, 输入与地隔离。现场触点为无源型。所需24VDC电源由PLC系统提供。数字量输出模块1746-OW161746-OW16模块电压范围5-146VDC&5-265VDC, 接点容量：电感电路：0.22amps125VDC, 0.58amps48VDC；电阻电路：1amp125VDC, 1.5amps48VDC, 输出有短路保护且与地隔离。2.3.4通信模块3150MCMSLC500采用MODBUS通信模块, 能完成不同通信协议间的转换, 带有2

13、个Modbus通信接口, 通信速度可在30038400bit/s之间任选, 1个TCP/IP接口。2.3.5电源模块1746-P3PLC系统向现场二线制仪表回路、无源触点以及继电器提供符合要求的24VDC电源（冗余）。24VDC电源的配电由供货商负责。为模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出等不同类型的I/O模块提供独立的24VDC供电回路, 每个供电回路应设置双刀断路器。2.3.6安装附件用于安装可编程序逻辑控制器, 包括输入/输出模块等设备的全部安装附件、机架、内部连接电缆（线）、与现场信号连接的端子排等,安装附件按20%的余量设计。2.4操作员工作站供货商为机组配备1套操作员工作

14、站。操作员工作站即控制柜的控制面板。操作员工作站是操作人员与控制系统的人机界面, 操作员通过它可详细了解运行情况, 并可下达操作控制命令, 从而完成对机组的监控和管理。操作员工作站将直接与PLC交换数据, 它具有数据采集及处理、实时及历史数据的管理、动态工艺流程及其他图形的显示、报警/事件管理、报表生成及打印等功能。在远控模式时, 关闭操作员工作站不对UCS的信号传输、运行有任何影响。2.5发动机控制系统ESM®ESM®是发动机总体管理系统, 行使点火控制、速度控制、爆燃检测、起停控制、故障诊断、故障记录和报警停机等功能。ESM®控制发动机启停的逻辑框图如下图3-图5：图3启动逻辑框图图4停机逻辑框图图5紧急停机逻辑框图1.5触摸屏WAHLECONTROLSYSTEMS采用的触摸屏为AB公司的PanelView1000+触摸屏, 带有RS232串口通讯口、USB接口、TCP/IP接口、DH485、DH+等接口。4控制系统软件为完成机组控制任务, 机组控制系统配备了如下软件：4.1PLC程序编程软件SLC500采用RSLogix500编程软件。4.2PLC用户通