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南昌市燃气集团有限公司CNG加气站项目

详细内容


南昌市燃气集团有限公司CNG加气站项目

 

 

PLC硬件双冗余控制系统运用案例】

 

一、项目概述

    南昌燃气CNG标准加气站位于江西南昌市洪北大道,与江投集团加油站合建形成油气混合加气站,形成对整个洪北大道的来往车辆的辐射。其中针对加气部分其PLC智能冗余控制系统于2018年7月所有设备联调完成,并正式投入运营

本工程加气站自动控制系统主要承担的任务是对压缩机通讯数据、脱水装置控制柜、站内工艺远程仪表、远控阀门、调压计量撬信号以及加气机的监控和管理,完成压缩、脱水、储存、加气等各种工艺过程的采集、控制、显示、报警等监控功能,又具有参数查询、历史记录查询及报表打印等管理功能,同时要完成对加气站的安全状态进行监测,通过泄漏报警仪等监测设备及时发现泄漏等隐患,并予报警并关闭紧急切断阀。

二、项目设计&配置

(1)系统设计原则:自动控制系统必须具有高可靠性和稳定性;应具有较高的性能价格比;应以完善、先进的技术和设备保证系统运行的可靠性;应具有兼容性和可扩展性,方便系统扩展和维护;应具有合理的配置,以最大限度地发挥系统软、硬件功能;应具有友好的人机对话能力,以方便操作人员使用;

(2)中央处理器CPU

可编程序控制器(CPU)选择Siemens公司S7-400H硬件冗余模式,系统的电源模块、通信模块、以太网TCP/IP模块采用1:1冗余配置,各类输入输出模块的备用点数为实际设计点数的30%,用于紧急停车功能的输入/输出卡件独立于其他卡件进行设置,同时设计并考虑组态点所需占用的系统容量。

3)上位机配置

在控制室设置两套监控计算机(并配置DELL原装工作站),主要完成加气站的集中操作、监视、系统功能组态、控制、报警参数在线修改和设置、记录、报表生成及打印、故障报警及打印等功能。通过大屏彩色显示器可直观地显示全站各工艺流程段的实时工况,使操作人员及时掌握全厂运行情况。自控制系统对硬件的最低配置要求如下:

•英特尔至强Xeon E5-1603 v2;

•主频:2.8GHz/10MB 缓存;

•内存类型 :8G 2133MHZ DDR4;

•硬盘:1000GB SATA硬盘(7200rpm)

•显卡:显存1GB;

•光驱:1 DVD-ROM;

•以太网口:Dual 100M/1000M Ethernet NICs

•显示接口:DVI、VGA

•32英寸或更高液晶显示器,黑色,DVI、VGA接口

•分辨率1920×1080

4通讯

按本工程设计满足AI信号、AO信号、DI信号、DO信号、标准MODBUS RS485信号、24V电源的数量要求,除RS485串口信号外其他IO信号按照30%点数做预留,与上位机通讯采用冗余以太网方式。

三、架构设计

南昌燃气CNG标准加气站PLC站控系统架构如下图:

 

 

 

 

 

自控系统主要功能

1)过程控制系统(以PLC控制器为核心)

(1)系统功能(不仅限于此)

•对现场的工艺变量进行数据采集和处理;

a. 包括采集

b. 进撬天然气压力(压力传感器)

c. 过滤器前、后的压差

d. 出撬天然气瞬时工况流量、累积量(流量计485)

e. 撬装过滤计量装置内天然气泄漏浓度

f. 压缩机运行参数(485从压缩机控制柜)

g. 高压储气井出口压力(压力变送)

h. 报警和故障诊断功能

i. 可燃气体超限报警

j. 系统安保提示报警

k. 停电报警

l. 控制阀故障报警

•显示动态工艺参数、运行状态、模拟流程图、实时趋势和历史趋势;

•提供人机对话的窗口;

•显示报警一览表;

•数据存储及处理;

•自诊断、自启动、自恢复功能;

•逻辑控制;

•联锁保护;

•打印报警和事件报告;打印生产报表;

•监控各种工艺设备;

•系统和通讯故障的诊断监视;

•为调度控制中心提供有关数据;

•接受并执行调度下达的命令。

(2)主要的控制功能

a. 自带控制系统设备的数据通讯

站控系统实现与CNG压缩机、增压机、脱水装置控制柜通讯,本站控系统采集所有自带控制系统设备的运行数据,通讯接口为RS485,通讯协议为MODBUS。

b. 调压计量撬内信号采集

本站控系统通过PLC采集系统对调压计量撬内各仪表信号(压力、压差、温度、流量等)进行采集并联锁。

为满足燃气公司调度SCADA系统建设需要,自控系统配置还具备以下条件:

自控系统作为SCADA系统的组成部分,由于SCADA系统选用DDN/GPRS互为备份通讯方式,实现SCADA系统监控中心的正常通信,具备以下条件:

ü 自控PLC提供RS485、RJ45(网口)端口;

ü 自控PLC支持Modbus TCP、Modbus RTU、Modbus ASCII标准协议;

ü 配置一台8口工业交换机,实现集中连接与上位同冗余网络通讯

ü PLC控制柜与现场仪表两端(即危险区与安全区两端)的交、直流供电连接处、通信接口、模拟量输入/输出、开关量输入等所有信号连接处两端均安装防雷击和浪涌保护器AI模拟量输入通过安全隔离栅隔离后进入PLC

ü 紧急切断系统(ESD),现场操作、加气柱、自控室等必要位置安装ESD信号开关,并与泄漏报警器信号连锁;在紧急状态下,一键制动,PLC控制器启动紧急停车控制流程,并联动关闭压缩机、脱水装置及其他工艺设备,事故解除后,再由人工手动复位。

c. 可燃气体检测报警系统

自控系统配置完善的可燃气体检测报警系统,系统设计遵守现行《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493-2009。该系统由可燃气体报警控制器和可燃气体检测器组成,并通过RS-485/MODBUS通信接口与PLC自控系统通信

 

四、功能展示

站控系统采用SIEMENS S7_412-5H硬件双冗余,是目前国内CNG加气站行业应用的最大型西门子CPU。

 

--上位机网络冗余通讯--                  

 --SIEMENS S7-400H硬件冗余--

五、结语

  对于南昌燃气集团S7-400H系统,最关键在于对整个场站的集中监控,通过本系统除了最基本的数据智能分析与监控,还可方便实现压缩机的上位机直接启动与停止,采用硬件冗余系统,支持在线诊断与热插拔,捃插拔功能有利于后期模块的在线更新与扩展,不影响系统运行。


发表日期:2021/5/12 22:33:52  浏览次数:

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