天然氣管道運(yùn)輸P LC控制器應(yīng)用

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摘要：首先針對(duì)天然氣管道運(yùn)輸管理的要求進(jìn)行分析，接著細(xì)化探討Plc控制器在天然氣管道運(yùn)輸中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，最后從CPU選擇方面、電源模塊選擇方面、I/O模塊選擇方面、軟件配置方面等，闡述PLC控制器在天然氣管道運(yùn)輸中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC控制器；天然氣；管道運(yùn)輸

引言

傳統(tǒng)的管道運(yùn)輸管理模式已經(jīng)不再適應(yīng)實(shí)踐運(yùn)輸管理要求，以自動(dòng)控制、自主診斷為核心的PLC控制器更加契合當(dāng)前天然氣管道運(yùn)輸管理的要求。因此，探討PLC在實(shí)踐天然氣管道運(yùn)輸管理工作中的應(yīng)用具有一定的必要性。

1天然氣管道運(yùn)輸管理工作的要求

1.1準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)天然氣流量

天然氣運(yùn)輸管道的流量參數(shù)，與其運(yùn)輸質(zhì)量、天然氣公司利益密切相關(guān)。在開(kāi)展管道運(yùn)輸管理期間，所采用監(jiān)控管理裝置需具備良好的天然氣流量監(jiān)測(cè)功能。在天然氣運(yùn)輸期間，該裝置需通過(guò)對(duì)管道內(nèi)流量參數(shù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，滿足工作人員的流量查詢(xún)、數(shù)據(jù)使用等需求。

1.2及時(shí)識(shí)別干擾源，減少天然氣運(yùn)輸異常的發(fā)生

隨著天然氣管網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，天然氣運(yùn)輸期間可能面臨的干擾因素也隨之增加。管理工作要求所選用管理模式（使用管控裝置）能夠及時(shí)識(shí)別各管道區(qū)域的干擾源，預(yù)警相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，進(jìn)而保障天然氣的高質(zhì)量傳輸。

2PLC控制器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

一是功能完善，適用范圍廣；二是應(yīng)用便捷性強(qiáng)，且易于維護(hù)[2]；三是抗干擾性能良好，故障風(fēng)險(xiǎn)較低。

3PLC控制器在天然氣管道運(yùn)輸中的應(yīng)用情況

3.1CPU選擇方面

CPU是決定PLC控制器性能的關(guān)鍵所在[2]。為促進(jìn)PLC自動(dòng)化控制作用的充分發(fā)揮，在實(shí)踐控制工作中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)CPU的選擇。結(jié)合以往天然氣管道運(yùn)輸管理經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，隨著管理工作的不斷開(kāi)展，PLC控制器CPU處理工作量逐漸增大。如CPU選擇不當(dāng)，不僅PLC管理作用可能受到影響，而且天然氣管道運(yùn)輸質(zhì)量也可能面臨一定的干擾。經(jīng)綜合分析后，擬選擇西門(mén)子412-3型號(hào)CPU作為PLC控制器的核心。該CPU的工作存儲(chǔ)器容量參數(shù)為768K，而模擬輸入/輸出通道的最大值參數(shù)則為4096。該元件的運(yùn)行機(jī)制為：PLC控制系統(tǒng)無(wú)異常時(shí)，CPU中的兩個(gè)子單元均處于正常運(yùn)行模式；當(dāng)任一子單元出現(xiàn)故障時(shí)，CPU自動(dòng)由兩個(gè)子單元聯(lián)合運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)檎Ｗ訂卧?dú)立控制模式，整個(gè)控制切換過(guò)程無(wú)擾動(dòng)。

3.2電源模塊選擇方面

與傳統(tǒng)天然氣管道運(yùn)輸管理機(jī)制相比，基于PLC的自動(dòng)化管理模式的主要區(qū)別在于：PLC可在保障所提供各項(xiàng)監(jiān)控參數(shù)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，長(zhǎng)效維持天然氣的良好管道運(yùn)輸質(zhì)量。從PLC的構(gòu)成來(lái)看，電源無(wú)疑是其核心配置之一[3]。由于PLC控制系統(tǒng)中各模塊、元件對(duì)運(yùn)行電流、電壓參數(shù)的要求不同，因此，其所選擇電源模塊應(yīng)具備良好的工作電壓、輸出電流轉(zhuǎn)換功能。為保障PLC控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所選電源應(yīng)具備將DC網(wǎng)絡(luò)電壓或AC電壓轉(zhuǎn)化為24VDC工作電壓、5VDC工作電壓的性能。而在輸出電流方面，PLC控制系統(tǒng)中各元件的常見(jiàn)輸出電流為4A、10A以及20A。參照上述需求，可選定PS407型號(hào)電源作為天然氣自動(dòng)化管道運(yùn)輸管控系統(tǒng)的電源，其主要性能參數(shù)為：主頻率額定值及典型功耗分別為60/50Hz、105W；輸入電壓DC及輸出電壓分別為120V/230V、5V/24V。

3.3I/O模塊選擇方面

在PLC控制系統(tǒng)中，其對(duì)天然氣各項(xiàng)管道運(yùn)輸參數(shù)（如天然氣流量、運(yùn)輸速度等）的監(jiān)控，主要與I/O模塊有關(guān)。I/O模塊的配置狀況，不僅會(huì)影響天然氣管道相關(guān)運(yùn)輸信息的采集與傳輸，而且其抗干擾能力還會(huì)影響PLC控制系統(tǒng)的整體控制質(zhì)量。根據(jù)天然氣管道運(yùn)輸管理工作的復(fù)雜性特征，應(yīng)分別為PLC控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸入及輸出模塊、模擬量的輸入及輸出模塊，配置適宜的元件。例如，數(shù)字量輸出模塊的功能以驅(qū)動(dòng)布設(shè)于天然氣管道運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)載裝置為主，根據(jù)其功能，可選擇包含16個(gè)不同數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)的SM322作為PLC數(shù)字量的輸出模塊。

3.4通訊模塊選擇方面

在PLC控制系統(tǒng)中，通訊模式的作用為：實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)內(nèi)部的信息傳輸（包含來(lái)自天然氣管道的原始信息資料、轉(zhuǎn)化后的信號(hào)等）、發(fā)現(xiàn)干擾源或識(shí)別出異常時(shí)向工作人員報(bào)警。為確?？刂葡到y(tǒng)的通訊功能，可按照如下模式，開(kāi)展系統(tǒng)內(nèi)部通訊模塊的配置：第一，點(diǎn)到點(diǎn)串行通訊方面。PLC運(yùn)行期間，點(diǎn)到點(diǎn)串行通訊對(duì)通訊功能效率的要求較高，為實(shí)現(xiàn)高效通訊目的，可采用CP-341型號(hào)通信模塊完成PLC控制系統(tǒng)的配置。第二，主站與PROFIBUS-DP方面。對(duì)于控制系統(tǒng)在主站（S7-400）與PROFIBUS-DP間的通訊傳輸，則可考慮以CP443-5型號(hào)通訊元件，維持二者間的信息傳輸質(zhì)量。

3.5其他元件配置方面

為保障天然氣管道運(yùn)輸管理質(zhì)量，可按照如下模式，做好PLC控制系統(tǒng)上述兩類(lèi)元件的選擇與配置：第一，存儲(chǔ)容量。存儲(chǔ)容量的設(shè)置需參照天然氣管道運(yùn)輸管控流程（是否復(fù)雜）、I/O點(diǎn)數(shù)量以及整個(gè)控制系統(tǒng)規(guī)模等相關(guān)信息來(lái)完成。通常情況下，大型PLC控制系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)容量的要求較高，而小型PLC其所需存儲(chǔ)容量參數(shù)則相對(duì)較小。結(jié)合天然氣管道運(yùn)輸管理工作質(zhì)量來(lái)看，系統(tǒng)存儲(chǔ)容量需滿足系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器占用、通訊接口占用及模擬量傳輸占用等的要求。第二，交互設(shè)備配置。PLC控制系統(tǒng)的交互設(shè)備，是決定工作人員干預(yù)控制系統(tǒng)便捷性的關(guān)鍵所在?？紤]到實(shí)踐監(jiān)管應(yīng)用要求，可按照如下標(biāo)準(zhǔn)配置自動(dòng)化PLC控制系統(tǒng)的交互設(shè)備：交互模式選擇觸摸屏形式，以電纜線實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)與觸摸屏間的信息傳輸。

3.6應(yīng)用效果分析方面

某天然氣公司于2019年9月下旬正式在天然氣管道運(yùn)輸管理工作中引入PLC控制系統(tǒng)后，該公司的PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用效果顯示：第一，流量監(jiān)控方面。該控制系統(tǒng)通過(guò)布設(shè)于各區(qū)域天然氣管道中傳感器所提供原始數(shù)據(jù)的收集與分析，為工作人員提供天然氣流量信息。系統(tǒng)運(yùn)行6個(gè)月內(nèi)，所提供流量參數(shù)的準(zhǔn)確性達(dá)到99%以上。表明該控制系統(tǒng)的流量監(jiān)控結(jié)果可靠性水平較高。第二，異常報(bào)警方面。天然氣管道運(yùn)輸質(zhì)量，是決定天然氣公司經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)及發(fā)展?fàn)顩r的關(guān)鍵所在。到目前為止，該公司所采用的PLC監(jiān)管模式共發(fā)出6次報(bào)警，每次系統(tǒng)報(bào)警后，工作人員均能夠在最短時(shí)間內(nèi)定位故障原因，并通過(guò)對(duì)天然氣管道的全面檢修，保障天然氣傳輸?shù)陌踩?。第三，抗干擾方面。PLC控制系統(tǒng)布設(shè)于該公司天然氣集氣站內(nèi)，控制系統(tǒng)運(yùn)行期間，主要面臨集氣站電源干擾、導(dǎo)線耦合干擾等因素的影響。而從PLC控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用狀況來(lái)看，運(yùn)行期間，控制系統(tǒng)的通訊功能、控制功能均能夠正常發(fā)揮。上述結(jié)果提示：PLC控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力。

4結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)PLC在天然氣管道運(yùn)輸管理體系中的普及具有一定現(xiàn)實(shí)意義。此外，為進(jìn)一步提升天然氣管道運(yùn)輸質(zhì)量，還可結(jié)合PLC控制器的應(yīng)用成效，提出更多可行的優(yōu)化建議，以借助完善的運(yùn)輸管理體系保障天然氣的安全運(yùn)輸。

參考文獻(xiàn)

[1]黎燕.PLC在天然氣輸送自控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].化工管理，2020（12）：123-124.

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[3]田志剛，姜濤.PLC應(yīng)用于天然氣自動(dòng)化管道運(yùn)輸中的作用探討[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2017，43（2）：144-145.

作者：趙一帆 單位：河南省中原石油天然氣集團(tuán)有限公司