撬装式加注站控制系统的研究与设计分析

撬装式加注站控制系统的研究与设计

张未超Summary：介绍了LNG撬装式加注站的原理及控制要求，并针对工艺要求设计了监控系统。本系统选用SIEMENSS7-1200系列PLC作为主控制器，依据工艺控制要求，对系统的上位机和下位机进行了设计。针对LNG撬装式加液站储罐压力的典型非线性、时变且受随机干扰的特性，本文拟采用模糊控制器进行调压。目前已在实际撬装站上得到成熟应用，为LNG撬装式加注站控制系统的开发提供了成功经验。Key：撬装式；加注站；LNG；储罐压力：TP311：A：1009-3044（2016）35-0289-03TheResearchandDesignoftheControlSystemoftheSkidMountedFillingStationZHANGWei-chao（HebeiUniversityofEngineering，Handan056038，China）Abstract：ThispaperintroducestheprincipleandcontrolrequirementsofLNGskidmountedfillingstation，anddesignsthemonitoringsystemfortheprocessrequirements.ThesystemselectsS7-1200SIEMENSseriesPLCasthemaincontroller，accordingtotherequirementsofthecontrolprocess，theuppercomputerandlowercomputerofthesystemaredesigned.Aimingatthetypicalnonlinear，timevaryingandrandomdisturbancecharacteristicsofthetankpressureoftheLNGskidmountedliquidstoragetank，thispaperintendstousethefuzzycontrollertoadjustthepressure.Atpresent，ithasbeensuccessfullyappliedtotheactualskidmountedstation，whichprovidessuccessfulexperienceforthedevelopmentofLNGskidmountedfillingstationcontrolsystem.Keywords：skidmounted；fillingstation；LNG；tankpressure每到冬季全国各地将出现严重阴霾天气，空气严重污染，影响了居民生活，引发大面积流感和呼吸道疾病。其中汽车尾气是雾霾产生的罪魁祸首之一，雾霾的治理一直以来都是困扰着我国乃至世界其他各國的一个难题，尽管不断出台治理措施和办法，但都未能从根本上治理雾霾。为此，各国均在积极寻找清洁燃料，设法从根源上解决传统燃料汽车尾气而造成的空气污染问题。液化天然气（liquefiednaturalgas）作为一种清洁能源，凭借着其燃烧后无污染物排放的优势，越来越受到人们的欢迎。现在，公交车、出租车等公共交通工具以及部分私家车都以液化天然气为燃料[1]，可从一定程度上有效缓解城市的空气污染问题，对传统汽车行业的转型带来了很大的影响，同样也促进了LNG撬装式加注站的大力发展。建设LNG撬装式加注站是治理机动车辆排放污染，改善空气环境质量的有效举措，到目前为止，LNG撬装式加注站在我国已得到广泛的应用。本文将对LNG加注站控制系统的设计做进一步探讨。1撬装式加注站概述LNG撬装式加注站是集潜液泵、汽化器、气体管道、加注机以及控制柜等设备于一个撬块上，拥有机动灵活、自动化程度高、集成程度高、高可靠和低隐患等优势，安装以及运输都比较方便，解决了偏远地区的用气不方便的难题，突破了传统建设工期过长问题，有效降低建设成本[2]，这更加快了LNG撬装式加注站的发展速度。LNG撬装式加注站主要有6种模式，分别为待机模式、卸车模式、升压模式、加注模式以及紧急停车模式[3]，当系统出现故障后，将处于紧急停车模式。工艺流程图如图1所示。1）待机模式待机模式为潜液泵停止状态，此时仅LNG储罐与泵池之间的气相阀门开启，其余阀门均关闭，以平衡储罐和泵池的压力。本系统大部分时间运行于待机模式。2）卸车模式卸车方式主要分为3种，分别为自增压卸车、泵卸车和自增压与泵联合卸车。自增压卸车的工作原理是经卸车增压口流出的LNG通过卸车增压器，将气化后的气态天然气送入LNG槽车，使槽车压力增大，利用压力将槽车内的LNG压入LNG储罐。泵卸车的工作原理是首先将LNG槽车和LNG储罐的气相空间连通，平衡压力，然后启动潜液泵，由LNG低温泵将槽车内的LNG卸入LNG储罐。自增压和泵联合卸车方式是将前两种卸车方式相结合，利用此方式卸车效率最高。3）升压模式在运行加注模式之前，给储罐进行升压是必不可少的环节。储罐升压主要有增压器升压和增压器与泵联合升压两种方式。增压器升压方式是把液态天然气经汽化器转换为气态天然气，然后由气相管进入储罐，对储罐进行增压。增压器与泵联合升压方式是由潜液泵将液化天然气输送到增压器中，转化为气态天然气后输送至储罐，对储罐进行增压，可见此种增压方式效率较高。4）加注模式正常情况下，在没有车辆加注时，系统和LNG加气机处于待机状态。加注前，若加注条件不满足，需要向泵池内输送液化天然气进行预冷[4]，LNG泵达到预冷设定温度后，工作指示灯亮起，表示可正常工作。将加液枪与汽车真空瓶接口相连接，打开有关阀门，同时启动潜液泵，完成加注过程。加注结束后，系统再次进入待机状态5）紧急停车模式按下紧急按钮，将停泵并关闭除LNG储罐与泵池之间的气相阀门之外的所有的气动阀门。当故障排除后，松开紧急按钮，按下复位按钮，系统恢复到自动运行状态。2控制系统总体设计LNG撬装式加注站控制系统由下位机PLC控制站和触摸屏监控站组成二级控制系统，包括压力液位数据采集、超压及低压报警、USP不间断供电系统、LNG泄露检测报警等功能，将采集到的实时数据传至上位机，可24小时全天候监控整个系统的运行状况，将历史报警数据储存，方便排除系统故障点。系统整体布局，如图2所示。下层PLC硬件输入输出（I/O）配置如下：本系统的主要开关量信号输入变量12个。数字量输入变量分配情况。系统总览界面即总流程画面，为该系统主界面，可查看LNG储罐压力及液位、泵池的温度及液位、气动阀门集气罐压力和各气动阀门的开闭状态等数据，实时监控撬装站的整个工作流程的运行状况。通过参数设置界面，可根据实际需要来设置LNG储罐的压力及液位、泵池的温度及液位等参数的报警上下限值，当超出设定范围时系统会第一时间产生报警，避免事故的发生。将历史报警记录储存起来，便于及時有效地排除故障点，保障了整个撬装站控制系统的高可靠，无隐患运行。触摸屏的系统总流程图。5结语本文完成了所在撬装式加注站的数据采集、连锁保护、漏气报警、切断控制、储罐压力控制等设计任务，达到了高可靠、无隐患、精准的控制目的，完全符合工艺控制要求。该LNG撬装式加注站控制系统已被成功运用于实际撬装站，自系统运行以来零故障产生，且高稳定性、高实时性，自动化程度高，操作简单，方便用户使用。对中小型撬装式加注站控制系统的设计与开发具有一定的参考价值。Reference：[1]杨修杰，赵普俊，甘蓉，等.LNG汽车加气站控制系统设计[J].自动化仪表，2014，35（9）：30-33.[2]张志.LNG气化储配站自控系统[D].南昌大学，2009.[3]杨大志，孙祥国，柳忠彬.基于S7-200PLC的LNG气化站控制系统[J].化工自动化及仪表，2012，39（6）：731-734.[4]朱子焜.LNG气化站监控系统设计[D].广东工业大学，2011.[5]许维峰.西门子S7-300PLC在LNG系统中的应用[J].科技与企业，2013