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1、论文关键词：天然气 压缩机组 控制系统 论文提要：随着国际、国内油气工业的快速发展,特别是天然气工业的飞速发展,用于天然气增压的往复式天然气压缩机组被越来越多的使用,本文通过对L7044GSI/JGD4型往复式天然气压缩机组的控制系统进行分析,简单介绍了控制系统的结构组成与控制功能的实现.前 言随着国际、国内油气工业的快速发展,特别是天然气工业的飞速发展,一种用于天然气增压的往复式天然气压缩机组简称机组被越来越多的用在长输管道增压输送,地下储气库高压注气,油田气举采油,油田天然气回注,煤层气处理,天然气发电,油气处理厂等场合,虽然不同应用场合下的机组的控制系统略有不同,本文通过对哈萨克斯坦KA
2、M油田使用的美国HANOVER公司成撬的L7044GSI/JGD4型往复式天然气压缩机组控制系统WAHLE CONTROL SYSTEMS进行分析,简单介绍了控制系统的结构组成与控制功能的实现. 1.机组控制系统概述机组控制系统Unit Control System,简称UCS或称机组就地控制系统Unit Local Control System,简称LCS通常以就地控制柜的形式安装在机组主撬上或机组主撬附近,由机组供应商成套提供.第一论文范文网编辑.机组控制系统主要由过程控制单元、操作员工作站、数据通信接口等构成,通常,过程控制单元采用可编程序逻辑控制器,做为人机界面的操作员工作站采用带触摸
3、屏的计算机.因此,机组控制系统实际上是一套以PLC为控制核心,用于机组逻辑顺序控制,PID控制,实时数据处理,报警停机保护,联网通讯的自动控制系统,可完成单台机组与其辅助系统空冷器系统、仪表气系统等的控制.机组控制系统自成体系,独立于站控系统SCS以外.UCS自动、连续地监视和控制压缩机组与其辅助系统的运行,保证人身和设备安全.具体来说,该系统至少满足以下性能：根据命令或条件,按预定程序自动完成机组的启动、加载、卸载和停机/紧急停机等操作；在所有工况下执行对机组的保护；在系统故障或误操作的情况下避免不安全的因素发生；在触摸屏上显示各种工艺变量与其它有关参数；提供声光报警；与SCS交换信息；接受
4、SCS的操作命令.UCS可实现多种操作方式选择,各种操作控制方式之间的切换无扰动且不会导致不安全的因素发生.因此,UCS可实现以下操作方式：就地LOCAL人工或自动控制、远程自动控制、停机OFF.操作方式由安装在UCP上的LOCAL/REMOTE/OFF选择开关确定.就地控制方式优先于远程控制方式.处于停机模式时,不能启动机组,但各种变量/参数仍处于UCS的监视之下.在就地控制时,UCS不接受SCS或调度控制中心的命令,但各种变量/参数仍处于SCS或调度控制中心的监视之下.ESD紧急停机控制命令优先于任何操作方式.无论ESD命令从何处下达与UCS处于何种操作方式,ESD控制命令均能被立即按预定
5、的顺序执行.所有ESD系统的动作将发出闭锁信号,使机组在未接到人工复位的命令前不能再次启动.ESD系统和各种保护系统均设计为故障安全型.UCS全自动的完成对机组与其辅助系统和相关联部分的监控,如但不局限于此：启动/停机顺序控制包括各个阀门的顺序控制；负荷控制；动力源控制如电源等；速度控制与保护停机；机组机械状态监测与保护停机；紧急停机ESD；辅助系统控制与保护；超温、过压控制与保护停机.2机组控制系统的结构组成UCS的硬件组成主要包括可编程控制器PLC、就地控制柜LCP、就地检测仪表、控制阀门、控制开关、ESD系统以与辅助系统等.2.1就地控制柜就地控制柜通常包括触摸屏、开关、按钮、指示灯、2
6、4VDC电源等.就地控制柜选用钢质双门或单门标准尺寸柜,门上带安全锁.控制柜配备散热通风、照明等设施.控制柜的设计充分考虑了机柜内部和外部电线/电缆的布线空间.柜内机架与端子排的布置考虑了扩展余地且方便维护、检修,柜内布线全部通过汇线槽,柜下端安装接地母线.控制柜满足所处环境的防爆等级要求.2.1.1危险区域划分与正压通风通常情况下,控制柜危险区域划分属于：1类,2区,D组.控制柜内的部件和控制柜本身的结构也必须符合1类,2区,D组的危险区域的要求.控制柜为微正压式,用仪表风吹扫,用于减轻现场环境对柜内部件的损害,用户负责向控制柜提供一个仪表风供气点. 2.1.2控制系统电源需求用户负责向控制
7、柜提供符合要求的电源：220VAC,1Ph,50Hz.供应商提供24VDC备用蓄电池.蓄电池安装在控制柜内.就地控制柜负责向发动机控制系统提供21.6-30VDC最大尖峰电压2V,最小电流12Amps,用于发动机控制和点火.同时,向控制面板和末端设备提供16 Amps电流,向成套撬装电磁阀提供24 VDC.2.1.3盘装开关、按钮和指示灯 控制柜前面板上安装的开关、按钮和指示灯主要有：控制盘电源开关、启动按钮、停机按钮、指示灯测试/复位按钮、空冷器风扇电机HOA开关、控制盘电源指示灯、机组运行指示灯、准备加载指示灯、测试模式指示灯、预润滑指示灯、空冷器风扇运行指示灯等.2.2现场仪表2.2.1
8、成撬安装压力表 成撬安装压力表符合以下要求：用于工艺气的表盘尺寸为4.5,用于辅助设备的表盘尺寸为2.5,实体表面,开关表,不锈钢弹簧管、承孔和移动件,双单位显示,钢制脉动缓冲器,1/2NPT接口.第一论文范文网WW整理.2.1.2成撬安装温度表 成撬安装温度表符合以下要求：双金属,不锈钢构件,压封,表面调整,钢化玻璃,硅树脂涂层发条,双单位显示,全量程精度1%,3表盘,1/2NPT接口.2.3 PLC2.3.1 PLC组成PLC安装于就地控制柜内,WAHLE CONTROL SYSTEMS使用AB公司的SLC500 PLC作为控制核心,主要由CPU模块、I/O模块、通讯模块、电源模块、安装附
9、件等构成,采用模块式结构,图1为模块式PLC结构示意图.为保证系统的可靠性,PLC的处理器按热备设计.PLC所选用的模块为带电可插拔型模块,且每块模块带有自诊断功能.PLC系统能够满足所需的热备冗余配置要求.对硬件的地址分配设置、I/O的量化等采用组态的方式完成.图1 模块式PLC结构示意图 WAHLE CONTROL SYSTEMS采用的SLC500 PLC主要由1个CPU模块、1个10槽机架、1个7槽机架、2个电源模块、3个16-PT输入模块、2个16-PT输出模块、1个8-PT 模拟输入模块、1个4-PT模拟输出模块、1个4-PT模拟输入模块、2个8-PT RTD输入模块、3个8-PT
10、TC输入模块、1个通讯模块、1条通讯电缆等组成.作为控制系统的核心,SLC500通过专用通讯电缆与MMI人机界面触摸屏控制面板通讯,实现机组的实时监控、参数调整、数据处理等,技术人员还可以通过工程师工作站与SLC500进行通讯,进行相应权限内的操作.2.3.2 SLC5/04 CPU模块 SLC5/04 CPU模块前面板由一个三位选择开关、三个通讯接口和六个指示灯组成,侧面有存储器模块、电池、跳线设定和铭牌等.图2为SLC5/04 CPU模块结构示意图.图2 SLC5/04 CPU模块结构示意图2.3.3 I/O模块模拟输入模块1746-NI8模/数转换器为16位,共模抑制比100dB,输入相
11、互隔离.模拟量输入模块上有报警限位设定.供给现场两线制变送器24VDC电源由PLC系统提供.输入信号420mA或15VDC可任选,有源输入或无源输入可任选.模拟输出模块1746-NO4I 数/模转换器为14位,输出020mA或420mA信号,具有输出隔离,具有短路保护和断路报警等功能.带负载能力不小于500.热电阻输入模块1746-NR8接收现场采用的三线制或四线制热电阻信号.热电阻主要技术特性为：Pt100,0.00385/,1000. 数字量输入模块1746-IB16数字量输入模块采用光电隔离,工作电压范围10-30 VDC,额定输入电流8mA24VDC,输入与地隔离.现场触点为无源型.所
12、需24VDC电源由PLC系统提供.数字量输出模块1746-OW161746-OW16模块电压范围5-146VDC&5-265VDC,接点容量：电感电路：0.22amps125VDC,0.58amps48VDC；电阻电路：1amp125VDC,1.5 amps48VDC,输出有短路保护且与地隔离.2.3.4通信模块3150MCM SLC500采用MODBUS通信模块,能完成不同通信协议间的转换,带有2个Modbus通信接口,通信速度可在30038400bit/s之间任选,1个TCP/IP接口.2.3.5电源模块1746-P3 PLC系统向现场二线制仪表回路、无源触点以与继电器提供符合要求的24V
13、DC电源冗余.第一论文范文网 整理.24VDC电源的配电由供货商负责.为模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出等不同类型的I/O模块提供独立的24VDC供电回路,每个供电回路应设置双刀断路器.2.3.6安装附件用于安装可编程序逻辑控制器,包括输入/输出模块等设备的全部安装附件、机架、内部连接电缆线、与现场信号连接的端子排等,安装附件按20%的余量设计.2.4操作员工作站供货商为机组配备1套操作员工作站.操作员工作站即控制柜的控制面板.操作员工作站是操作人员与控制系统的人机界面,操作员通过它可详细了解运行情况,并可下达操作控制命令,从而完成对机组的监控和管理.操作员工作站将直接与PLC交
14、换数据,它具有数据采集与处理、实时与历史数据的管理、动态工艺流程与其他图形的显示、报警/事件管理、报表生成与打印等功能.在远控模式时,关闭操作员工作站不对UCS的信号传输、运行有任何影响.2.5发动机控制系统ESM ESM是发动机总体管理系统,行使点火控制、速度控制、爆燃检测、起停控制、故障诊断、故障记录和报警停机等功能.ESM控制发动机启停的逻辑框图如下图3-图5：图3 启动逻辑框图图4 停机逻辑框图图5 紧急停机逻辑框图1.5触摸屏 WAHLE CONTROL SYSTEMS采用的触摸屏为AB公司的PanelView1000+触摸屏,带有RS232串口通讯口、USB接口、TCP/IP接口、
15、DH485、DH+等接口.4控制系统软件为完成机组控制任务,机组控制系统配备了如下软件：4.1 PLC程序编程软件SLC500采用RSLogix500编程软件.4.2 PLC用户通讯软件 SLC500采用RSLinx通讯软件.4.3 MMI组态软件PanelView1000+采用PanelBuilder32组态软件.该软件具有强大的图形编辑、显示功能,具有支持三维图的编辑、显示能力.支持多窗口显示与动态画面显示.具有通信管理、数据库管理、动态和静态画面编辑、文本编辑、在线帮助、实时趋势编辑显示、历史趋势编辑显示、报警管理、事件管理、报告管理、打印等功能模块.5.结束语 此机组控制系统结构紧凑,性能稳定可靠,具有很广泛的使用性和适用性.9 / 9
