【LNG行业自动化发展概述3000字】

LNG行业自动化发展概述目录TOC\o"1-3"\h\u15956LNG行业自动化发展概述 1192441.1PLC系统应用 1304891.2DCS系统应用 1301771.3接收站常规控制 2174201.4一键启动控制 3控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。对于化工生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压力、液位等，都有相应的控制系统。在此基础上通过采用数字计算机还建立起了控制性能更好和自动化程度更高的计算机控制系统，以及具有控制与管理双重功能的过程控制系统。对于LNG行业，过程工业中广泛应用的PLC、DCS等计算机控制系统为实现LNG行业的自动化及管理水平的提升起到了至关重要的作用。1.1PLC系统应用可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC），是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。可编程控制器由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字/模拟转换等功能单元组成[5]。接收站内几个重要的单体设备内部逻辑均可由PLC进行控制，如卸料臂、SCV、高压压缩机，都在仪表控制间设置有PLC控制柜，具有可靠性高、抗干扰能力强、维护方便、容易改造的优势。PLC的生产厂商主要有西门子、施耐德、三菱、台达等。西门子PLC[6]在CPU运算速度、程序执行效率、面向工艺和运动控制的功能集成、实现故障安全的容错和冗余等技术方面具有优良的性能，尤其是在联网通讯能力的硬件和软件的配套技术开发上，就如何解决控制领域的“自动化孤岛”问题上取得了业界公认的成就[7]。LNG接收站设备厂商提供的装置设备（成套包单元设备），其中各个部件的一些控制都通过西门子可编程逻辑控制器（PLC）实现。西门子PLC通过使用硬线联结信号（关键工艺参数和设定值、报警、运行状态、停车等）集成到全厂控制系统。1.2DCS系统应用分布式控制系统（DistributedControlSystem，简称DCS）又叫集散控制系统，可用于整个接收站（包括码头、罐区、工艺区、装车区、公用工程）的运行控制和监视。该系统是一个工艺控制和数据采集系统，提供全面的控制和监视能力，保证生产过程的连续性[8]。一套DCS系统一般包含过程站（ProcessStation）、操作站（OperatorStation）、工程师站（EngineerStation）、通讯网络（LocalAreaNetwork）等部分。我国的DCS系统在20世纪80年代末开始技术引进、自主研发并逐渐普及。经过近30年的努力，国产化DCS控制系统得到不断完善，水平已接近国际同类产品。我国的DCS系统厂商以和利时、浙江中控、上海新华、国电智深等为代表。国产DCS系统在综合技术水平上和国外系统相当，基本实现对关键设备、关键流程进行监控[9]，但是和国外的知名大公司相比（如西门子、横河），国产DCS系统在生产管理和质量管理上还存在经验不足的问题，这是国产DCS系统在今后的发展中应该着重解决的问题[10]。1.3接收站常规控制一般接收站自动控制系统中主要包含以下5种典型的控制：反馈控制、前馈控制、串级控制、超驰控制和分程控制[11]。反馈控制又称闭环控制，是将输出信号反送到控制器的输入端与给定值（给定控制信号）进行比较，得到偏差信号作为控制器的输入信号，按照测量值与给定值比较得到的偏差进行调节的。如果干扰已经发生而没有产生偏差，调节器不会进行工作。所谓的闭环是指构成的“环路”对整个控制系统来讲包含两条主要通路信号，一条是从控制器传送到控制对象的前向通道信号，还有一条是从控制对象反馈到控制器输入的反向信号，整个系统构成一个闭合的环路。三种常规的反馈控制模式为比例P、积分I和微分D。多年来,在过程控制中按偏差控制的PID控制器是应用最为广泛的一种自动控制器，具有原理简单、易于实现、鲁棒性强和适用面广的优点[12]。接收站大多数阀门开度自动控制使用的就是单回路反馈控制。但是反馈控制不能提供预测的功能，无法补偿已知的或可以测量的干扰的影响。对于那些采用反馈控制无法获得满意效果且干扰可在线测量的过程，加入前馈控制往往能显著改善控制品质。前馈控制是指不存在给定信号与控制对象的输出信号进行比较的过程，直接对控制对象进行控制的一种控制方式，不同于反馈控制的“闭环”，前馈控制是一种“开环”的控制方式，它是在从给定值到控制对象的称为“前向”控制通道上加上控制信号的一种控制方式。前馈控制一般由前馈控制器完成，前馈控制器输出到“前向通道”的信号（作用在控制系统的信号）称为前馈信号。前馈控制器的输入一般是对系统的某种扰动进行检测和处理后的信号。刘召、张水红[13]等研究过前馈控制在再冷凝器中的应用并取得了较好的效果，刘庆胜[14]等研究BOG对再冷凝器干扰问题时，应用了前馈控制。表1-SEQ表1\*ARABIC2前馈控制与反馈控制的比较Table1-2.Comparisonoffeedforwardcontrolandfeedbackcontrol控制类型控制的依据检测的信号控制作用的发生时间反馈控制被控变量的偏差被控变量偏差出现后前馈控制干扰量的大小干扰量偏差出现前串级控制系统采用两套检测变送器和两个控制器，前一个控制器的输出作为后一个控制器的设定，后一个控制器的输出送往控制阀。前一个控制器称为主控制器，所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个控制器称为副控制器，所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路——主回路和副回路。主回路由主变量检测变送器、主控制器和主对象等构成，副回路由副变量检测变送器、副控制器、控制阀和副对象构成。超驰控制（overrides）又叫选择性控制，一般来说，就是在控制回路中引入选择器。现在主流的超驰控制采用计算机逻辑控制算法实现超驰控制。超驰控制主要用于设备保护，一般是从生产安全的角度提出来的。常规控制回路缺少识别系统自身品质的能力，因此只要有偏差信号，控制器就会有相应的控制运算和输出，而不管系统内部或外部是否异常，有时甚至会出现控制背离给定值的现象[15]。超驰控制是把生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到正常的自动控制系统上去的一种组合控制方法，也就是系统中设有两个或两个以上的控制器，通过高/低值选择器选出能适应生产安全状况的控制信号，实现对生产过程的自动控制。正常情况下当生产过程趋近于危险极限区，但还未进入危险区时，一个用于控制不安全情况的控制器通过选择器将取代正常生产情况下控制器，直至生产过程重新恢复正常[16]，从而使生产过程转入安全通道，脱离危险工况[17]。在一般的自动控制系统中，一个控制器的输出信号只带动一个控制阀作全行程的动作。而分程控制中，一个控制器的输出信号分割成两个（或多个）不同的量程范围，带动不同的两个（或多个）控制阀，每个控制阀只能在控制器输出信号的某一区段范围内作全行程的动作，控制器输出信号区段的划分需要根据生产工艺要求来确定[18]。在分程控制系统中，控制器的输出与控制阀的动作的关系可以划分为同向和异向两种形式。同向动作，即随着控制器输出信号的增大或减小，两个控制阀在各自全行程的信号区段内都开大或关小；异向动作，即随着控制器输出信号的增大或减小，两个控制阀在各自全行程的信号区段内一个开大、一个关小。设计分程控制有两方面的目的，一是扩大控制阀的可调范围，改善控制系统的品质；二是满足工艺操作的特殊要求。张文冬[19]等将超驰控制应用于LNG接收站废弃物控制环节，确保了接收站整体环境友好型发展。1.4一键启动控制由于LNG接收站不仅要起到主力气源，保障管网大流量输气，同时还要满足管网负荷调节，起到应急调峰的作用。对于辅助设备较多、流程确认较复杂的设备，需要一套有效的控制策略，降低设备启动时间，