【正文】 直接安裝在這個(gè)背板的最左邊。Modicon quantum的I/O背板按照使用需求可以分為10和16槽幾種規(guī)格。電源有140cps12420，140cps12400，140cps11100，140cps114x0等多種規(guī)格。各個(gè)模塊的布置是完全相互獨(dú)立的，任何一個(gè)模塊都可以安裝在背板的任何一個(gè)槽內(nèi)。每個(gè)I/O模塊都可以采取機(jī)械按鍵的方式來鎖定，以防止不合適的電壓加到相應(yīng)的組件上。 PLC實(shí)物圖Schneider quantum系列控制器還可以通過EtherNet，ControlNet和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)模塊及其網(wǎng)絡(luò)將遠(yuǎn)離處理器的分布式I/O連接起來，實(shí)現(xiàn)分布式I/O數(shù)據(jù)處理。同樣可以通過EtherNet，ControlNet網(wǎng)絡(luò)將分散的處理器連接起來，實(shí)現(xiàn)分布式控制。 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。采用了冗余的Modicon quantum PLC，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖33所示。上位機(jī)通過交換機(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。整套系統(tǒng)具有很高的可靠性，滿足了站控系統(tǒng)對(duì)于PLC控制部分需要長(zhǎng)期無故障運(yùn)行的要求。上位機(jī)采用組態(tài)軟件viewstar2000，用以監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行。 冗余系統(tǒng)圖在正常工作情況下，主框架與從框架有人工選擇。如果同步光纖、ControlNET或者以太網(wǎng)出現(xiàn)連接問題，都有可能導(dǎo)致同步不正常。 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。CPU是一種數(shù)字化的電子操作系統(tǒng)，它使用用戶保存在可編程儲(chǔ)存器中的指令進(jìn)行操作。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。Quantum CPU還作為通訊總線的主控，控制Quantum系統(tǒng)的本地、遠(yuǎn)程和分布式I/O。（2）電源模板（140 CPS 124 20） Quantum的電源模板用于向插在底板上的包括Quantum CPU、接口和Quantum I/O等模板在內(nèi)的所有模板供電。取決于系統(tǒng)的配置，電源有以下可選模式:獨(dú)立電源——對(duì)于3A或8A配置，它不要求容錯(cuò)或冗余性能；獨(dú)立可累加電源——對(duì)于消耗大于一個(gè)電源額定電流的配置，兩個(gè)可累加電源可安裝在同一底板上；冗余電源——對(duì)不可中斷系統(tǒng)操作所需要的電源。為得到冗余性能要求有兩個(gè)冗余電源；（3）遠(yuǎn)程I/O（RIO）模板（140 CRP 932 00）RIO處理器（140 CRP 932 00）安裝于用作系統(tǒng)控制的CPU模板的同一底板內(nèi)，該模板用于在CPU與安裝于其它機(jī)架的RIO適配器模板之間雙向傳送數(shù)據(jù)。RIO處理器模板和一個(gè)或多個(gè)與RIO適配器模板之間采用雙同軸電纜網(wǎng)絡(luò)互相相連。注1：雙機(jī)熱備時(shí)，熱備處理器模板所在底板上的RIO處理器模 板Com Act指示燈應(yīng)不停閃爍；注2：僅限于雙纜情況下。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。注：僅限于雙纜情況下。背板開關(guān):RIO的后面板上設(shè)有2個(gè)旋轉(zhuǎn)開關(guān)，用于設(shè)置RIO站地址。SW1設(shè)置地址高位（十位），SW2設(shè)置地址底位（個(gè)位）。地址范圍為1~32。各站各RIO分站地址分別設(shè)為0004，具體站號(hào)參見PLC系統(tǒng)配置圖。（4）熱備模板（140 CHS 110 00）面板控制:熱備控制模板的前面板上有3個(gè)控制：1個(gè)功能鑰匙開關(guān)、1個(gè)選擇滑動(dòng)開關(guān)和一個(gè)更新按鈕。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。更新通過按程序更新按鈕來初始化。如果將主控制器上的鑰匙轉(zhuǎn)向Xfer，系統(tǒng)將忽略。Run——啟動(dòng)熱備控制。A/B標(biāo)志滑動(dòng)開關(guān):該滑動(dòng)開關(guān)用于選擇控制器是A或B狀態(tài)。在每一對(duì)熱備模板上的滑動(dòng)開關(guān)必須互不相同。否則，雙機(jī)熱備將無法運(yùn)行。（5）I/O模板Quantum I/O模板是電器信號(hào)轉(zhuǎn)換器，它將送至和來自現(xiàn)場(chǎng)裝置的信號(hào)，如限位開關(guān)、接近開關(guān)、溫度傳感器、電磁閥、閥執(zhí)行器等信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能夠處理的信號(hào)電平和格式。所有與總線相連的I/O模板都經(jīng)過光電隔離，確保安全和無故障操作，所有I/O模板都是軟件可配置的。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。I/O模塊個(gè)數(shù)取決于現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)的硬結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，比如說電動(dòng)閥的控制，它需要接入PLC I/O點(diǎn)的輸入信號(hào)有：全開到位，全關(guān)到位，正在開狀態(tài)，正在關(guān)狀態(tài)，故障，遠(yuǎn)方控制狀態(tài)；接入I/O點(diǎn)輸出信號(hào)有：開閥命令輸出，關(guān)閥命令輸出。而其它的信號(hào)如站控開閥命令關(guān)閥命令，偏差報(bào)警，中間變量等為軟件所實(shí)現(xiàn)的控制信號(hào)就不算在I/O點(diǎn)數(shù)之內(nèi)。而像溫度變送器、壓力/差壓變送器等信號(hào)需要用模擬量的輸入輸出模塊連接，其模塊數(shù)量同樣需要計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)。根據(jù)點(diǎn)數(shù)確定好模塊后就開始選擇機(jī)架的類型和個(gè)數(shù)了，上面有介紹機(jī)架類型和槽數(shù)根據(jù)需要在進(jìn)行選擇。最后還要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)I/O點(diǎn)數(shù)的選擇都需要有20%的余量，以備擴(kuò)展使用。（6）計(jì)數(shù)器模板140 EHC 105 00140 EHC 105 00高速計(jì)數(shù)器模板是具有5個(gè)計(jì)數(shù)器輸入、8個(gè)數(shù)字量輸入和8個(gè)數(shù)字量輸出、100KHZ的計(jì)數(shù)器模塊。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。140 EHC 105 00高速計(jì)數(shù)器模板的面板設(shè)置有LED顯示區(qū)，接線端子等。140 EHC 105 00高速計(jì)數(shù)器模板是軟件可配置的。(7) 以太網(wǎng)模塊 140NOE77100程序編譯該類型的以太網(wǎng)模塊支持冗余，它使得Quantum控制器與采用TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的以太網(wǎng)上的設(shè)備進(jìn)行通訊成為可能，以太網(wǎng)模塊可以插入現(xiàn)有的Quantum系統(tǒng)并通過光纖或雙絞線電纜與現(xiàn)有的以太網(wǎng)絡(luò)相連。 本章小結(jié)輸氣站場(chǎng)的整個(gè)控制流程是很復(fù)雜的過程，本章首先從總體上介紹了站控系統(tǒng)的流程分區(qū)，然后著重介紹了PLC的硬件配置，電源模塊，CPU模塊，I/O模塊，I/O點(diǎn)的計(jì)算和通訊模塊，詳細(xì)說明了Schneider公司的PLC冗余系統(tǒng)的搭建過程，最后就是實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)viewstar2000的通信，讓上位機(jī)工控軟件能夠讀取到現(xiàn)場(chǎng)輸入到PLC的數(shù)據(jù)，達(dá)到控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能4 程序編譯 分輸站場(chǎng)壓力系統(tǒng)的描述壓力/流量控制系統(tǒng)組成（）1）、安全切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓閥+工作調(diào)壓閥或2臺(tái)安全截?cái)嚅y+工作調(diào)壓閥2）、壓力測(cè)量?jī)x表3）、流量測(cè)量?jī)x表4）、閥門控制器 分輸站壓力控制系統(tǒng)配置圖SSV——安全切斷閥 PCV——監(jiān)控調(diào)壓閥 PV—— 電動(dòng)調(diào)壓閥 PIC——壓力調(diào)節(jié)器 FIC—— 流量調(diào)節(jié)器PY——選擇器 PT——壓力變送器從上圖可以看出，此分輸站壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為壓力/流量自動(dòng)選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng)。此系統(tǒng)的控制功能:(1)壓力控制(2)最大、最小壓力限值控制(3)流量控制此系統(tǒng)通常情況下為壓力調(diào)節(jié)，通過壓力回路將下游壓力穩(wěn)定在安全的范圍內(nèi)，當(dāng)流量超過設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)變?yōu)榱髁空{(diào)節(jié)，限制供氣量，保證下游用氣平穩(wěn)運(yùn)行。此壓力/流量控制系統(tǒng)工作方式如下所述:正常工作時(shí)安全切斷閥處于開位，監(jiān)控閥處于全開。工作調(diào)壓閥調(diào)節(jié)下游壓力或限制下游用戶最大流量。(1)壓力控制模式 流量設(shè)定值取最大值，壓力設(shè)定值在可調(diào)正常范圍內(nèi)變化(2)流量控制模式 壓力設(shè)定值取最大值，流量設(shè)定值在可調(diào)正常范圍內(nèi)變化(3)壓力/流量控制轉(zhuǎn)換 當(dāng)工作流量大于最大設(shè)定流量時(shí)，控制器開始由壓力控制轉(zhuǎn)為流量控制，使得流量不超過設(shè)定值。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)。如果下游流量持續(xù)增加，使得下游壓力開始下降，當(dāng)壓力降至Pmin時(shí)，控制器由流量控制轉(zhuǎn)為壓力控制，保證下游壓力不低于Pmin。 如果僅需要限制下游的最大流量時(shí)，正常流量小于設(shè)定值，控制器將保證下游壓力等于Pmax。SSV和PCV(又稱監(jiān)控調(diào)壓閥)作為壓力安全系統(tǒng)中相互獨(dú)立的兩個(gè)安全設(shè)備，一般情況下，均處于全開位置，其中，監(jiān)控調(diào)壓閥的設(shè)定值高于工作調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力設(shè)定值，且低于安全調(diào)壓閥的設(shè)定值。當(dāng)工作調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障或下游超壓時(shí)，監(jiān)控調(diào)壓閥自動(dòng)取代它進(jìn)行調(diào)壓，既能保證系統(tǒng)下游不超壓，又可以維持對(duì)下游的正常供氣。監(jiān)控調(diào)壓閥的取代工作只能是臨時(shí)性的，這時(shí)壓力報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行報(bào)警，控制系統(tǒng)自動(dòng)將供氣回路切換至備用管道。安全切斷閥作為壓力安全系統(tǒng)中的最后防線，其設(shè)定值不高于安全值。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。安全切斷閥動(dòng)作后，為安全起見，系統(tǒng)不再自動(dòng)切換或復(fù)位，必須經(jīng)人工檢查后在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)復(fù)位。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)。在此情況下，壓力報(bào)警系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信息，以便站控制系統(tǒng)按照預(yù)定的程序，自動(dòng)切換至備用供氣管道或停止供氣。同時(shí)，提醒操作人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備檢查，以保證整個(gè)站場(chǎng)以及下游管道和設(shè)備的安全運(yùn)行。 PID簡(jiǎn)介PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)在石油天然氣行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。例如采集分輸站場(chǎng)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l 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。l 積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。l 微分環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。 基本模擬反饋控制回路被控量的值由傳感器或變送器來檢測(cè)，這個(gè)值與給定值進(jìn)行比較，得到偏差，模擬調(diào)節(jié)器依一定控制規(guī)律使操作變量變化，以使偏差趨近于零，其輸出通過執(zhí)行器作用于過程。PID之所以至今被廣泛應(yīng)用，其主要原因在于：l PID控制對(duì)于大多數(shù)過程都具有良好的控制效果和魯棒性；l PID控制算法原理簡(jiǎn)明，參數(shù)的物理意義明確，理論分析體系完整且應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富；l 在工業(yè)過程中，其控制過程的動(dòng)態(tài)特性大都具有高階、非線性、大延遲及時(shí)變等特性，給以精確數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用帶來了困難。 無擾動(dòng)切換分析 無擾動(dòng)切換的條件和實(shí)現(xiàn)方式分輸站場(chǎng)調(diào)壓系統(tǒng)的壓力流量無擾動(dòng)切換調(diào)節(jié)由手自動(dòng)切換無擾動(dòng)和壓力流量無擾動(dòng)切換兩部分組成。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調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)到流量PID調(diào)節(jié)；當(dāng)下游用戶的用氣量增加時(shí)，會(huì)使下游流量增加，從而導(dǎo)致下游的壓力下將，當(dāng)降至壓力的最小設(shè)定值時(shí)，調(diào)壓系統(tǒng)由流量PID調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)回到壓力PID調(diào)節(jié)；這種壓力PID調(diào)節(jié)與流量PID調(diào)節(jié)之間的切換將會(huì)隨著壓力與流量的不斷變化而不斷的進(jìn)行，以保證分輸站分輸?shù)奶烊粴饬坎粫?huì)過大，從而不會(huì)對(duì)其它的分輸站場(chǎng)造成不良影響。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，切換過程要求平穩(wěn)的進(jìn)行，這就要求調(diào)壓系統(tǒng)在切換過程中不能有大的波動(dòng)，這就要求我們想辦法實(shí)現(xiàn)壓力流量的無擾動(dòng)切換。手自動(dòng)無擾動(dòng)切換的實(shí)現(xiàn)如下：（1）在PID手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，PID的設(shè)定值追蹤的是當(dāng)前的輸出值，即PV（或FV），因此當(dāng)PID調(diào)節(jié)由手動(dòng)調(diào)節(jié)切換到自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，在切換瞬間，應(yīng)保持輸出不變，這時(shí)就應(yīng)將當(dāng)前的輸出值PV（或FV）賦值給當(dāng)前的PID的設(shè)定值。（2）當(dāng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，（閥的開度）。因此當(dāng)PID調(diào)節(jié)由自動(dòng)到手動(dòng)切換時(shí)，在切換瞬間，（閥的開度）。 壓力流量無擾動(dòng)切換的實(shí)現(xiàn)如下：（1）由壓力PID調(diào)節(jié)到流量PID調(diào)節(jié)。必須將流量PID調(diào)節(jié)的設(shè)置百分比和當(dāng)時(shí)壓力PID調(diào)節(jié)的輸出百分比保持一致。實(shí)現(xiàn)方式：在壓力PID調(diào)節(jié)過程中。當(dāng)系統(tǒng)分輸?shù)奶烊粴饬髁窟_(dá)到切換條件的臨界設(shè)定值時(shí)，將壓力PID由自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)壓力PID不再工作；與此同時(shí)將流量PID由手動(dòng)狀態(tài)切換到自動(dòng)狀態(tài)，因此此時(shí)閥的開度還是保持在切換時(shí)的狀態(tài)沒有變，又因?yàn)榱髁縿傔_(dá)到其切換條件的臨界設(shè)定值就進(jìn)行切換了，此時(shí)流量PID的輸入偏差為0，即實(shí)現(xiàn)流量PID手自動(dòng)無擾動(dòng)切換，流量PID是以切換時(shí)的臨界設(shè)定值為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。這樣，由壓力PID調(diào)節(jié)到流量PID調(diào)節(jié)的無擾動(dòng)切換就完成了。（2）由流量 PID調(diào)節(jié)到壓力PID調(diào)節(jié)。必須將壓力PID調(diào)節(jié)的設(shè)置百分比和當(dāng)時(shí)流量調(diào)節(jié)的輸出百分比保持一致。 實(shí)現(xiàn)方式：在流量PID調(diào)節(jié)過程中。當(dāng)下游壓力開始下降（或上升），并且降（或升）到壓力的臨界設(shè)定值時(shí)，將流量PID由自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)流量PID不再工作；與此同時(shí)壓力PID由手動(dòng)狀態(tài)切換到自