schneider_quantum系列在天然气分输站场的应用毕业论文(编辑修改稿)

schneider_quantum系列在天然气分输站场的应用毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

CADA control and data acquisition systems and programmable logic controller development, citing the Castle Peak typical station control system configuration, position and function of each system, and then describes the control flow station, PLC type, hardware configuration, all I / O module features, and finally through the use of Schneider produced modicon quantum series PLC and related programming software programming concept, using one of the PID modules, subtransmission station to adjust the pressure and flow, and thus to achieve the subtransmission station Selection of control pressure and flow regulation to ensure the gas pressure control within the required to fully meet the downstream user of natural gas pressure and flow requirements, the final surge to plete the process of voltage regulation system, embodied in the subtransmission station PLC control system an important role. [Keywords] PLC, subtransmission station, voltage regulation system, flow, pressure, regulation, selection control,PID 绪论 第 1 页 (共 58 页 ) Schneider quantum 系列在天然气分输站场的应用 1 绪论 课题背景 随着我国经济近年来的飞速发展，能源的开发与供应将是我国经济发展的重心之一。 石油与天然气作为方便与高效的能源，在我国的能源规划中处于不可替代的重要的地位。 石油和天然气的管道运输，作为石油和天然气的主要运输方式，在我国的建设步伐不断加快。 开发管道运行的自动化管理系统，在当前具有相当现实的意义。 SCADA 系统作为石油和天然气管道运行的监测和控制体系，在我国管道自动化领域中的应用越来越多，极大地提高了管道运行的自动化，保证了 管道安全、可靠、平稳的运行。 伴随着 SCADA 系统在管道运行应用上的日益普及，产生了对管道运行管理自动化的需求。 与此同时，它的普及，又为管道运行管理的自动化提供了硬件体系和低层运行自动化的基础，为管道运行管理信息系统在工程上的应用提供了广阔的市场和网络体系的支持 [1,2]。 随着当今自动化技术的不断发展与完善，对于仪表与阀门的控制已不再 是我们印象中的手动控制，而是通过由 PLC、现场仪表、上位机软件、通讯设备等共同构成的一个 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition数据采集与监控 )系统，智能化的对 输气 管道 和站场的 各种阀门调节进行控制。 SCADA 控制系统包括计算机控制系统和 PLC 检测控制仪表系统，调度控制中心将有关信息通过卫星信道与沿线各个站场的站控系统进行数据通信。 调度控制中心完成对该管道进行数据采集、数据处理及存储归档、设备控制、故障处理、安全保护、报警等任务，同时完成批量计划、批量跟踪、顺序输送、泄漏检测、仪表故障诊断及分析等功能。 调度控制中心的调度和操作人员通过 PLC 采集的管道系统工艺过程的压力、温度、流量、密度、设备运行状态等信息，完成对管道全线的监控及 运行管理。 调度人员还可通过调度管理计算机完成批量计划等调度管理工作。 沿线各站场的站控PLC 系统将完成对该站的数据采集、保护等任务，并为调度控制中心提供有关数据，接收和自动执行调度控制中心下达的指令 [3,4]。 国内外的发展和意义 Schneider quantum 系列在天然气分输站场的应用 第 2 页 (共 58 页 ) 国外长输天然气管道自动化发展比较早，从 20 世纪 50 年代，苏联就开始了长输天然气管道的建设，经过半个多世纪的发展，国外 (以美国和西方国家为代表 )天然气管道自动化工程有了很大发展。 特别是运用高度自动化的计算机监控与数据采集SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系统，对全线主要参数采集监控，在控制中心的调度人员通过计算机可实现管道流量、压力及阀门开、关等设备的自动控制，清管器跟踪管理，系统组态、扩展，仿真系统软件可完成泄漏检测、定位、设备优化配置、运行模拟、培训模拟等功能。 我国的天然气管道发展比较晚，在 20 世纪 90 年代我国天然气管道自动化方面才有了较快的发展，西气东输代表了当时我国天然气管道工程的最高水平，运营管理采用了 SCADA 系统进行数据采集、监控，并通过采用微波、卫星和租用地方邮网方式进行通信。 目前新建管道与国际接轨， 并用光缆进行通信，传输信息量大。 随着我国长输管道大型项目的不断建设以及通信和网络技术的不断发展，管道的自动控制技术已经达到了国际先进水平 [5,6]。 自动控制系统在输气管道 及其分输站 的广泛应用， 大大提高了生产和运行管理的安全性和可靠性，降低了恶劣工作环境对操作人员的影响，保证了人员的安全，同时提高了预测突发事件的能力以及在紧急情况下的快速反应和处理能力，减少生命和财产的损失，从而带来良好的社会效益和经济效益 [7]。 SCADA 系统的发展 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，全名为数据采集与监视控制系统。 它是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。 SCADA 系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域 [8]。 SCADA 系统自诞生之日起就与计算机技术的发展紧密相关。 SCADA 系统发展到今天已经经历了三代，第四代已具雏形。 第一代是基于专用计算机和专用操作系统的 SCADA 系统，这一阶段是从计算机运用到 SCADA 系统时开始到 70 年代。 如电力自动化研究院为华北电网开发的 SD176 系统以及在日本日立公司为我国铁道电气化远动系统所设计的 H80M 系统；第二代是 80年代基于通用计算机的 SCADA系统，绪论 第 3 页 (共 58 页 ) 在第二代中，广泛采用 VAX 等其它计算机以及其它通用工作站，操作系统一般是通用的 UNIX 操作系统。 第一代与第二代 SCADA 系统的共同特点是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与其它联网构成很大困难；第三代是 90 年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及 关系数据库技术的能够实现大范围联网的 SCADA 系统称为第三代。 这一阶段也是我国 SCADA 系统发展最快的阶段，在电力系统、给水系统、石油、化工等领域得到广泛应用；第四代 SCADA系统的基础条件已经或即将具备。 该系统的主要特征是采用 Inter 技术、面向对象技术、神经网络技术以及 JAVA 等技术，继续扩大 SCADA 系统与其它系统的集成，综合安全经济运行以及商业化运营的需要。 SCADA 系统在不断完善，不断发展，其技术进步一刻也没有停止过 [9,10]。 根据目前 SCADA 系统的应用和经验总结，管道 SCADA 系统 的控制层次通常分为三级：控制中心级、站控级和设备控制级，该结构充分体现了集中管理、分散控制的现代系统控制原则，特别适用于长输管道这种分散性大、跨地域广、功能相似系统的运行管理和控制。 控制中心对全线进行集中参数采集、监视、控制和调度管理，站控级通过 PLC/RTU 控制器来实现对工艺站场进行控制与监视，设备控制级是对泵机组、加热炉、压缩机、阀门等工艺设备进行本地控制。 同时现场具备就地手动控制功能。 在正常情况下，由调度控制中心对全线进行监视和控制。 调度和操作人员在调度控制中心通过计算系统完成对全线的监视、操作和管理。 通常，沿线各站无须人工干预，各站的站控系统在调度控制中心的统一指挥下完成各自的工作。 控制权限由调度控制中心确定，经调度控制中心授权后，才允许操作人员通过站控系统对各站进行授权范围内的工作。 当数据通信系统发生故障或调度控制中心主计算机发生故障或系统检修时，由站控系统完成对本站的监视控制。 当进行设备检修或紧急停车时，可就地控制。 管道沿线的站场均处于调度控制中心的监控之下；另外，重要部位的线路紧急截断阀和高点压力检测点也直接纳入调度控制中心的监控范围之内。 全线的压力和流量控制由调度控制中心根据输送计划和模拟计算 ，通过通信信道将压力或流量设定点和相关指令传送给有关的站控系统执行。 在非正常情况下，根据沿线的工作情况改变相关的压力或流量设定值，使管道在新的条件下安全、稳定地运行。 全线各站的工艺操作以站控系统为主，控制制中心主要完成全线的灾害保护和全线联合运行的调控，在站控系统出现故障时也可以利用就地操作按钮或手柄、手轮等Schneider quantum 系列在天然气分输站场的应用 第 4 页 (共 58 页 ) 对泵、阀等设备进行单独的操作 [11]。 Schneider quantum 系列 PLC 的发展 Schneider quantum 系列 PLC和其他可编程控制器一样 ,是一种数字运算操作的电子系 统，专为在工业环境下应用而设计。 它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 从结构上，它 分为固定式和组合式 (模块式 )两种。 固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。 模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一 定规则组合配置。 Schneider quantum 系列 近十年来有了飞速的发展， 1982 年正式打入中国市场 ,我国 也是 从 80 年代初开始认识使用 PLC，随着成套设备、专用设备引进了不少国外的 PLC，最近几年，美国、日本、德国等国的 PLC 产品大量进入我国市场， Schneider quantum 系列在中国面临强大的竞争压力。 它 之所以成功， 不仅具有 在于它将编程面向生产、面向工程技术人员。 编程语言易懂，是适用于工程、工艺人员使用的图形语言。 发展到目前形成三大流派，一是梯形逻辑图 LAD(Ladder)，二是连续功能图 (Continuous Function Chart CFC)，三是语句表语言 (Statement ListSTL)，更重要的是时刻都要求自身的质量。 PLC 具有通用 性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 随着技术的发展PLC 也面临着其它行业工控产品的挑战， Schneider quantumn 也一样面临着类似的挑战，所以它 正采取措施不断改进产品，主要表现为以下几个方面： (1)微 型、小型 PLC 功能明显增强 推出高速、高性能、小型、特别是微型的 PLC， 而功能却有所增强，使 PLC 的应用 领域扩大到远离工业控制的其它行业，如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等，甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。 (2)集成化发展趋势增强 由于控制内容的复杂化和高难度化，使 PLC 向集成化方向发展， PLC 与 PC 集成、 PLC 与 DCS 集成、 PLC 与 PID 集成等，并强化了通讯能力和网络化，尤其是以PC 为基的控制产品增长率最快。 PLC 与 PC 集成，即将计算机、 PLC 及操作人员的绪论 第 5 页 (共 58 页 ) 人 — 机接口结合在一起，使 PLC 能利用计算机丰富的软件资源，而计算机能和 PLC的模块交互存取数据。 以 PC 机为基的控制容易编程和维护用户的利益，开放 的体系结构提供灵活性，最终降低成本和提高生产率。 (3)向开放性转变 PLC 存在严重的缺点 ,主要是 PLC 的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的 ,绝大多数的 PLC 是专用总线、专用通信网络及协议 ,编程虽多为梯形图 ,但各公司的组态、寻址、语文结构不一致 ,使各种 PLC 互不兼容。 国际电工协会 (IEC)在 1992 年颁布了IEC11313《可编程序控制器的编程软件标准》 ,为各 PLC 厂家编程的标准化铺平了道路。 现在开发以 PC 为基、在。