【正文】 例如采集分輸站場中壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)前后的壓力流量，來完成其壓力 /流量調(diào)節(jié)的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)下游壓力的平穩(wěn)分輸 PID 調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用 ? 比例環(huán)節(jié)：及 時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器 立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。由于下游流量增加，使得下游壓力開始下降，并穩(wěn)定在某一點(diǎn)。 計(jì)算 I/O 點(diǎn) PLC 的選型主要是選擇所用的 I/O 模塊個(gè)數(shù)，通訊模塊的類型，機(jī)架和電源。 RIO 適配器（ Drop）模板（ 140 CRA 932 00）作用是通過同軸電纜網(wǎng)絡(luò)，使安裝于同一底板的 I/O 模板與 RIO 處理器模板之間進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送。 冗余系統(tǒng)的搭建 Modicon quantum PLC 可以提供完善的控制器的冗余功能，采用熱備的方式構(gòu)建控制器，兩個(gè)控制器框 架采用完全相同的配置，它們之間使用同軸 電纜 連接，不僅控制器可以采用熱備，通訊網(wǎng)絡(luò)也可以采用相似的方式進(jìn)行熱備，除以上的部分可以熱備外，控制器的電源也可以進(jìn)行熱備，這樣大大提高了控制器的運(yùn)行的可靠性。站內(nèi)設(shè)置水套爐加熱裝置 1 套，用于加熱天然氣，防止壓力監(jiān)控的調(diào)壓器降壓時(shí)產(chǎn)生冰堵。 遠(yuǎn)程通訊接口 RCI RCI(遠(yuǎn)程通訊接口 )作為站控 SCS 系統(tǒng)的通訊服務(wù)器，它承接著與 PLC 控制系統(tǒng)和第三方設(shè)備間的通訊，其中第三方設(shè)備包括：流量計(jì)算機(jī)、色譜分析儀、低壓配電盤電力參數(shù)采集、 UPS、發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)等。該通訊協(xié)議的主要特點(diǎn)是，對(duì)于采集的數(shù)據(jù)采取逢變則報(bào)的方式，減少平時(shí)的數(shù)據(jù)傳送量，從而 降低輪詢周期。操作區(qū)管理處設(shè) SCADA 系統(tǒng)遠(yuǎn)方只讀監(jiān)視終端，以便于區(qū)域管理部門掌握本區(qū)域及了解全線的運(yùn)行工況，保證對(duì)本區(qū)域管線與工藝站場的管理和維護(hù)。 PLC 具有通用 性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。當(dāng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)生故障或調(diào)度控制中心主計(jì)算機(jī)發(fā)生故障或系統(tǒng)檢修時(shí)，由站控系統(tǒng)完成對(duì)本站的監(jiān)視控制。 SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域 [8]。伴隨著 SCADA 系統(tǒng)在管道運(yùn)行應(yīng)用上的日益普及，產(chǎn)生了對(duì)管道運(yùn)行管理自動(dòng)化的需求。保證 原油管道的經(jīng)濟(jì)、可靠、安全運(yùn)行 SCADA 系統(tǒng)未來的發(fā)展是朝著聲音控制識(shí)別，提高數(shù)據(jù)處理能力，更快的時(shí)鐘速度，更大的內(nèi)存方向發(fā)展，應(yīng)用軟件的功能也將在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上更加完善，多媒體技術(shù)將被越來越多的應(yīng)用，以提高系統(tǒng)操作的可視性和安全性。大量的實(shí)時(shí)控制信息，維護(hù)信息需要沿線各個(gè)站場及時(shí)傳遞到調(diào)度控制中心，控制中心下達(dá)相應(yīng)管理控制指令對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行控制和處理，從而使管道的運(yùn)營效率得到了很大提高。這樣的大型供氣系統(tǒng)可將多個(gè)氣田和成千上萬的用戶連接起來，具有多氣源、多通道供氣的特點(diǎn)，能夠保 證供氣的可靠性和靈活性。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 （ 4） 提供工藝順序控制流程圖。發(fā)展更新后的 SCADA 系統(tǒng)的主要功能為：對(duì)全線系統(tǒng)和泵站的主要參數(shù)采集監(jiān)控；動(dòng)態(tài)顯示各站運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)、趨勢圖、工藝流程和報(bào)警情況等； 對(duì)各被控站進(jìn)行遙控，控制機(jī)泵啟、停和閥門開、關(guān)；運(yùn)行、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和記錄；運(yùn)行報(bào)表、事故狀態(tài)報(bào)告的打印；運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，方案的模擬預(yù)測和優(yōu)化；系統(tǒng)的模擬II 培訓(xùn)；管線動(dòng)態(tài)泄漏檢測，瞬時(shí)模擬的報(bào)告，清管器跟蹤管理；系統(tǒng)組態(tài)、擴(kuò)展，等等?？刂茩?quán)限由調(diào)度控制中心確定，經(jīng)調(diào)度控制中心授權(quán) II 后，才允許操作人員通過站控系統(tǒng)對(duì)各站進(jìn)行授權(quán)范圍內(nèi)的工作。 本 論 文 主要研究 Schneider 公司生產(chǎn)的 Modicon quantum PLC 在青山分輸站場的自動(dòng)控制系統(tǒng)方面的應(yīng)用，論文首先介紹了站場自動(dòng)控制系統(tǒng)國內(nèi)外的發(fā)展和意義，SCADA 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng) 和 可編程邏輯控制器 的發(fā)展 ， 列舉了 青山 典型站控系統(tǒng)的配置 、 組成 以及各系統(tǒng)的功能作用 ，然后 介紹 站場的控制流程， PLC 選型、硬件配置 、各個(gè) I/O 模塊的功能， 最后 通過 利用 Schneider 公司 生產(chǎn)的 modicon quantum 系列PLC 及相關(guān)編程軟件 concept 編程，利用其中的 PID 模塊，來調(diào)節(jié)分輸站場的壓力和流量，從而來實(shí)現(xiàn)分輸站場壓力流量調(diào)節(jié)比選控制，保證天然氣壓力控制在所需范圍內(nèi)，以充分滿足下游用戶對(duì)天然氣壓力、流量的要求 ，最終完成 調(diào)壓系統(tǒng)的調(diào)壓過程 ，體現(xiàn)出 PLC 在 分輸 站場 自動(dòng)控制 系統(tǒng) 中的重要作用。特別是運(yùn)用高度自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系統(tǒng)，對(duì)全線主要參數(shù)采集監(jiān)控，在控制中心的調(diào)度人員通過計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)管道流量、壓力及閥門開、關(guān)等設(shè)備的自動(dòng)控制，清管器跟蹤管理，系統(tǒng)組態(tài)、擴(kuò)展，仿真系統(tǒng)軟件可完成泄漏檢測、定位、設(shè)備優(yōu)化配置、運(yùn)行模擬、培訓(xùn)模擬等功能。 根據(jù)目前 SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，管道 SCADA 系統(tǒng) 的控制層次通常分為三級(jí)：控制中心級(jí)、站控級(jí)和設(shè)備控制級(jí)，該結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)了集中管理、分散控制的現(xiàn)代系統(tǒng)控制原則，特別適用于長輸管道這種分散性大、跨地域廣、功能相似系統(tǒng)的運(yùn)行管理和控制。從結(jié)構(gòu)上，它 分為固定式和組合式 (模塊式 )兩種。用戶可以通過選擇 CPU 模塊、通信模塊、電源模塊或 I/O 模塊甚至整個(gè)系統(tǒng)的冗余配置，以及整個(gè) PLC 系統(tǒng)的可靠性得到進(jìn)一步加強(qiáng)。 站場控制系統(tǒng) 第 7 頁 (共 58 頁 ) 圖 站控配置系統(tǒng)圖 如圖一 所示，典型站控系統(tǒng)由操作員工作站、 RCI、 PLC、 ESD 控制系統(tǒng)、交換機(jī)、路由器、打印機(jī)等設(shè)備組成站控局域網(wǎng)。 PLC 控制器采用熱備冗余模式 ，每個(gè)機(jī)架上面安裝了 2 塊支持冗余的電 源模塊，主備機(jī)架上面各安裝了 1 塊冗余 PLC 模塊 ， 兩個(gè) CPU 機(jī)架之間通過一根光纖進(jìn)行連接，提供高速的數(shù)據(jù)傳輸通道，進(jìn)行兩個(gè) CPU 機(jī)架之間的數(shù)據(jù)同步，在每一個(gè)掃描周期內(nèi)完成主 CPU 到備用 CPU 之間的內(nèi)存變量同步。Schneider quantum 系列在天然氣分輸站場的應(yīng)用 第 10 頁 (共 58 頁 ) 3 系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì) 站控系統(tǒng)流程 整個(gè)站控系統(tǒng)的流程示意圖如圖 31 所示，來自上游的天然氣進(jìn)入?yún)R管 H1 后，經(jīng)過濾分離器過濾分離后進(jìn)入?yún)R管 H2。電源模塊直接安裝在這個(gè)背板的最左邊。這些指令用于實(shí)現(xiàn)一些特定的功能，諸如邏輯、過程順序控制、時(shí)序、耦合、算術(shù)運(yùn)算等，通過數(shù)字量和模擬量輸出對(duì)不同類型的設(shè)備裝置和過程進(jìn)行控制。如果將主控制器上的鑰匙轉(zhuǎn)向 Xfer，系統(tǒng)將忽略。 140 EHC 105 00 高速計(jì)數(shù)器模板是軟件可配置的。無論監(jiān)控調(diào)壓閥，還是安全切斷閥哪一個(gè)設(shè)備動(dòng)作，都表明壓力控制系統(tǒng)已處于非正常運(yùn)行狀態(tài)。 在實(shí)際應(yīng)用中 ，當(dāng)調(diào)壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)的流量超過預(yù)先設(shè)定的流量的最大值時(shí)，就要進(jìn)行切換，調(diào)壓系統(tǒng)由壓力 PID 。安全切斷閥的功能是在壓力超出允許范圍時(shí)能夠迅速切斷氣源，保證生產(chǎn)及下游設(shè)備不受損害。高速計(jì)數(shù)模塊是用于接近傳感器和電磁傳感器的離散量計(jì)數(shù)器。 鑰匙開關(guān)和更新按鈕 : 鑰匙開關(guān)有 3 個(gè)位置 : off line—— 熱備控制器離線； Xfer—— 當(dāng)熱備控制器上的鑰匙開關(guān)放在此位置時(shí)，熱備 CPU 準(zhǔn)備好從主CPU 接收一個(gè)完整的程序更新。 各 模 板功能 介紹 （ 1） CPU 模板 （ 140 CPU 434 12A） Quantum CPU 是位于 Quantum 本地 I/O 底板上的一個(gè) CPU 模板。包括處理器在內(nèi)所有單元，根據(jù)功能設(shè)計(jì)成各種模塊，典型的處理器模塊如 486 控制器 140 CPU 434 12A，并且模塊種類不僅包括數(shù)字量、模擬量這些傳統(tǒng)的信號(hào)模塊，還有各種網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，這就可以為工業(yè)控制提供 — 種非常靈活并且十分完整的控制方案。 本章小結(jié) 站控系統(tǒng) SCS 中的 Schneider quantum PLC 與其它 PLC 一起 完成對(duì)該站的數(shù)據(jù)采集、 監(jiān)控 等任務(wù)，并為調(diào)度控制中心提供有關(guān)數(shù)據(jù)， 控制本站的主要電動(dòng)閥等設(shè)備，保障其正常運(yùn)行，以 及顯示故障報(bào)警 。 RCI 遠(yuǎn)程通訊接口用于收集 PLC、 ESD 和第三方智能設(shè)備 (流量計(jì)算機(jī)、色譜分析儀、電力設(shè)備等 )的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳操作員工作站和調(diào)度中心。同時(shí)， 站控系統(tǒng) SCS 還要與調(diào)度中心進(jìn)行通訊 ， 向調(diào)度中心提供本站內(nèi)的工藝設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，并接受調(diào)度控制中心的調(diào)度指令和參數(shù)設(shè)置。現(xiàn)在開發(fā)以 PC 為基、在 WINDOWS 平臺(tái)下 ,符合 IEC11313 國際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的 PLC 正在規(guī)劃中。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。該系統(tǒng)的主要特征是采用 Inter 技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及 JAVA 等技術(shù)，繼續(xù)擴(kuò)大 SCADA 系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的集成，綜合安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及商業(yè)化運(yùn)營的需要 。沿線各站場的站控PLC 系統(tǒng)將完成對(duì)該站的數(shù)據(jù)采集、保護(hù)等任務(wù)，并為調(diào)度控制中心提供有關(guān)數(shù)據(jù)，接收和自動(dòng)執(zhí)行調(diào)度控制中心下達(dá)的指令 [3,4]。 審查意見： 指導(dǎo)教師簽名： 評(píng)定成績（百分制）： _______分 IV 長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )評(píng)閱教師評(píng)語 評(píng)閱教師 職 稱 評(píng) 閱日 期 評(píng)閱參考內(nèi)容：學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力， 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文）的質(zhì)量和水平， 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文）的難度及工作量， 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文）的優(yōu)特點(diǎn)及不足。調(diào)度和操作人員在調(diào)度控制中心通過計(jì)算系統(tǒng)完成對(duì)全線的監(jiān)視、操作和管理。 近年來，隨著 SCADA 技術(shù)的發(fā)展，早期安裝實(shí)施的自動(dòng)化技術(shù)系統(tǒng)在設(shè)備和功能上已不能滿足管線自動(dòng)化的要求，許多管線都對(duì)舊的 SCADA 系統(tǒng)進(jìn)行 了更新改造。 （ 2） 設(shè)計(jì)一個(gè)天然氣分輸站場的調(diào)壓監(jiān)控系統(tǒng)。 [2] 掌握天然氣分輸站調(diào)壓監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)流程 。 PLC 系統(tǒng)是SCADA 系統(tǒng)的控制核心， Schneider quantum 系列 PLC 廣泛應(yīng)用于 SCADA 系統(tǒng)中的站控系統(tǒng)、調(diào)壓系統(tǒng)及站控 PLC 系統(tǒng)。SCADA 系統(tǒng)通過下位機(jī) (PLC)系統(tǒng)，完成分布式的數(shù)據(jù)采集和控制功能，再通過上位機(jī) HMI(Human Machine Interface 人機(jī)界面 )系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)處理和顯示功能，通過下位機(jī)和上位機(jī)的有機(jī)結(jié)合，以達(dá)到控制操作的目的。 總之，研究國外 自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，盡快消化吸收先進(jìn)技術(shù)并在我國各天然氣分輸站 上推廣應(yīng)用，對(duì)提高 PLC 在我國 天 輸氣 分輸 應(yīng)用，最終在加快我國在天然氣輸送方面的 自 動(dòng)控制、智能控制和提高經(jīng)濟(jì)效益方面具有十分重要的意義。 隨著當(dāng)今自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，對(duì)于儀表與閥門的控制已不再 是我們印象中的手動(dòng)控制，而是通過由 PLC、現(xiàn)場儀表、上位機(jī)軟件、通訊設(shè)備等共同構(gòu)成的一個(gè) SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控 )系統(tǒng)，智能化的對(duì) 輸氣 管道 和站場的 各種閥門調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。 SCADA 系統(tǒng)發(fā)展到今天已經(jīng)經(jīng)歷了三代，第四代已具雛形。管道沿線的站場均處于調(diào)度控制中心的監(jiān)控之下；另外，重要部位的線路緊急截?cái)嚅y和高點(diǎn)壓力檢測點(diǎn)也直接納入調(diào)度控制中心的監(jiān)控范圍之內(nèi)。 (2)集成化發(fā)展趨勢增強(qiáng) 由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和高難度化，使 PLC 向集成化方向發(fā)展， PLC 與 PC 集成、 PLC 與 DCS 集成、 PLC 與 PID 集成等，并強(qiáng)化了通訊能力和網(wǎng)絡(luò)化，尤其是以PC 為基的控制產(chǎn)品增長率最快。 站控系統(tǒng) 采用 SCADA 系統(tǒng) ， 該系統(tǒng)將達(dá)到對(duì) 全線各壓氣站進(jìn)行 監(jiān)控、調(diào)度、管理的自動(dòng)化水平。 在操作員工作站有 2 臺(tái)打印機(jī)，一臺(tái)報(bào)告打印機(jī)，一臺(tái)報(bào)警 /事件打印機(jī)，報(bào)告打印機(jī)是運(yùn)行人員日常用來打印報(bào)表的，來反映整個(gè)站的運(yùn)行情況和一些變量的值；報(bào)警 /事件打印機(jī)是用來打印報(bào)警事件的。 RCI 同樣是一塊網(wǎng)卡上集成兩個(gè) RJ45 的接口，該兩個(gè)接口配置了相同的 IP 地址。計(jì)量采用 橇裝渦輪流量計(jì) ，并配置流量計(jì)算機(jī)。上位機(jī)通過交換Schneider quantum 系列在天然氣分輸站場的應(yīng)用 第 12 頁 (共 58 頁 ) 機(jī)與 PLC 處理器通訊，遠(yuǎn)程框架通過冗余的 Modicon quantum PLC 連接到控 制器框架，同時(shí)，遠(yuǎn)程框架采用了冗余電源配置。