CN109298675A - 一种能源加注站智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能源加注站智能控制系统，包括至少一个加液机，还包括燃料管理系统、IC卡消费管理系统、身份验证单元、人机交互单元、通信单元、主控单元、PLC控制单元、监测单元及上位机；燃料管理单元及IC卡消费管理单元分别通过通信单元与主控单元连接，身份验证单元及PLC控制单元分别与主控单元连接，人机交互单元、监测单元及上位机分别与PLC控制单元连接；通过本发明实现了对能源加注站控制系统的高度集成，使得各控制系统协调运行，同时安全监测与控制系统互锁，相比现有的加注站控制系统，有效提高了加注站的运营效率、系统的稳定性和加注站的安全性。

Description

一种能源加注站智能控制系统

技术领域

本发明涉及能源加注站控制系统技术领域，尤其是涉及一种能源加注站智能控制系统。

背景技术

能源加注站(加气站/加油站)是指向汽车提供天然气或石油燃料的场所。加油/加气站为全天候连续工作，目前的能源加注站控制系统多为分散式控制，各系统之间无法进行有效、实时的信息交换，如目前的加注方式多为工作人员控制加注枪对用户车辆进行加注，用户需持卡到加注站超市进行计费结算；又比如现有的加注站往往其安全监控系统与控制系统也是独立的，无法及时对安全预警实现反馈。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种能源加注站智能控制系统，通过对各系统的集成，实现集中监测和控制，有效提高了加注站的安全反应效率、控制效率和计费结算效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

具体的，一种能源加注站智能控制系统，包括至少一个加液机，还包括燃料管理系统、IC卡消费管理系统、身份验证单元、人机交互单元、通信单元、主控单元、PLC控制单元、监测单元及上位机；所述燃料管理系统及IC卡消费管理系统分别通过所述通信单元与所述主控单元连接，所述身份验证单元及PLC控制单元分别与所述主控单元连接，所述人机交互单元、监测单元及上位机分别与所述PLC控制单元连接；

所述燃料管理系统用于交易数据处理及价格管理；

所述IC卡消费管理系统用于交易结算处理；

所述身份验证单元用于用户身份识别；

所述主控单元用于向燃料管理单元及IC卡消费管理单元发送交易请求和接收支付信息，以及向PLC控制单元发送控制指令；

所述监测单元用于采集能源加注站的安全监测数据；

所述PLC控制单元用于控制加注、卸车、调压及潜液泵和阀门的开闭；

所述人分交互单元用于参数设置和控制模式选择；

所述上位机用于对所述PLC控制单元进行参数设置及现场监控。

进一步的，所述PLC控制单元包括PLC控制器、变送器、浪涌保护器及隔离式安全栅，所述监测单元采集的现场数据依次经变送器、浪涌保护器及隔离式安全栅，进入PLC控制器的A/D采集模块，送入PLC控制器的CPU进行数据处理；

所述PLC控制器用于接收所述监测单元采集的现场数据和所述主控单元发送的控制信号，对现场执行机构进行控制；

所述变送器用于将所述监测单元采集的模拟量信号，转换为额定范围内的电流信号；

所述浪涌保护器用于防止雷达波通过通信线路损坏设备；

所述隔离式安全栅用于将输入电流或电压控制在安全范围内。

进一步的，所述PLC控制器还连接有现场执行机构，所述现场执行机构包括变频器，所述变频器用于通过改变电机工作电源频率控制潜液泵。

进一步的，所述监测单元包括压力传感器、温度传感器和可燃气体浓度传感器，所述压力传感器、温度传感器和可燃气体浓度传感器分别与所述变送器连接。

进一步的，所述人机交互单元为触摸屏，所述触摸屏通过RS485接口与PLC控制单元连接，用于数据的读写、报警信息的显示、参数的设置及控制模式的选择。

进一步的，所述身份验证单元可以为接触式读卡器或非接触式读卡器，所述身份验证单元通过RS485接口与所述主控单元通信连接。

进一步的，所述主控单元可以为ARM核心的MCU，所述MCU通过RS485接口与所述通信单元通信连接。

进一步的，所述通信单元为嵌入式网络集线器，所述嵌入式网络集线器通过RJ45接口与所述燃料管理系统及IC卡消费管理系统通信连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明以PLC控制单元为核心，进行安全监测信号采集、执行设备信号采集、控制单元与加注机的信息交互及人机信息交换，实现了对能源加注站控制系统的高度集成，使得各控制系统协调运行，同时安全监测与控制系统互锁，相比现有的加注站控制系统，有效提高了加注站的运营效率、系统的稳定性和加注站的安全性。

附图说明

图1为本发明的一种能源加注站智能控制系统结构示意图；

图2为本发明实施例1的系统结构示意图；

图3为本发明实施例2的一种能源加注站智能控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，

本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1、图2所示，一种能源加注站智能控制系统，应用于LNG加气站，包括至少一个加液机，还包括燃料管理系统、IC卡消费管理系统、身份验证单元、人机交互单元、通信单元、主控单元、PLC控制单元、监测单元及上位机，其中主控单元、身份验证单元及人机交互单元集成设置在加气机上，PLC控制单元设置在控制柜中。

燃料管理系统和IC卡消费管理系统分别集成在FS服务器和EPS服务器中，燃料管理系统采用IFSF标准系统，用于加气机的交易数据接收处理及价格管理，IC卡消费管理系统用于交易结算处理，包括发卡、解灰、优惠计算等。

通信单元为嵌入式网络集线器，嵌入式网络集线器通过RJ45接口与FS服务器和EPS服务器通信连接，嵌入式网络集线器使用LINUX操作系统，稳定可靠，具有日志打印及保存功能，方便问题查找，具有程序监控守护进程实时监控程序运行情况；一个嵌入式网络集线器可以支持4条加注枪，同FS服务器通讯时实现IFSF协议转换，将与主控单元通讯的私有协议数据转换成IFSF标准数据，同EPS服务器通讯时实现数据透传。

PLC控制单元包括PLC控制器、变送器、浪涌保护器及隔离式安全栅，监测单元包括多个压力传感器、温度传感器和可燃气体浓度传感器，各传感器根据现场情况分别设置在各压力监测点、温度监测点及可燃气体监测点，压力传感器、温度传感器和可燃气体浓度传感器分别与变送器连接，监测单元采集的现场数据依次经变送器、浪涌保护器及隔离式安全栅，进入PLC控制器的A/D采集模块，送入PLC控制器的CPU进行数据处理；其中，变送器将各传感器采集到的模拟量信号转换为4～20mA的电流信号，浪涌保护器用于防止雷达波通过通信线路损坏设备，隔离式安全栅用于将电流或电压控制在安全范围内，有效保证了数据传输及系统的稳定性和安全性；CPU对采集到的信号进行换算并在触摸屏显示，同时将转换得到的数值与报警值进行比较，如果实际值超出报警值，则在触摸屏上进行相应的报警提示，报警信号同时与LNG加气站的逻辑控制互锁，监控整个系统流程；PLC控制器还与现场执行机构连接，对现场执行机构进行控制，现场执行机构包括变频器和多个现场控制阀门，变频器与潜液泵连接，用于通过改变电机工作电源频率控制潜液泵。

主控单元为ARM核心的MCU，MCU通过RS485接口与嵌入式网络集线器通信连接，实现与燃料管理系统和IC卡消费管理系统的数据交互，MCU通过RS485接口与PLC控制器通信连接；身份验证单元为接触式读卡器，读卡器通过RS485接口与MCU通信连接；用户刷卡时，MCU通过读卡器获取IC卡信息，并向燃料管理系统发送验证信息，燃料管理系统与IC卡消费管理系统进行信息交互，验证通过后，燃料管理系统和IC卡消费管理系统均向MCU返回授权信息完成授权，用户选择相应服务，MCU向PLC控制器发送控制指令，PLC控制器控制PLC执行相应动作，动作完成后，燃料管理系统生成交易请求并发送至IC卡消费管理系统进行支付结算，IC卡消费管理系统完成结算后向MCU发送支付信息并通过触摸屏进行显示。

上位机通过RJ45接口与PLC控制器通信连接，用于对PLC控制系统进行参数设置及对系统的监控。

人机交互单元为触摸屏，触摸屏通过RS485接口与PLC控制器连接，用于数据的读写、报警信息的显示、参数的设置及控制模式的选择，控制模式包括手动控制模式和自动控制模式；选择手动模式时，可通过在触摸屏或者上位机界面上点击“手动模式”按钮，输入正确的用户名和密码即可进入手动模式，进入手动模式界面，再将系统切换到手动模式状态，在手动模式状态里可以通过触摸屏或上位机操作按钮控制现场阀门打开或者关闭，潜液泵的启动和停止；自动控制模式包括加注模式、卸车模式及调压模式，PLC控制器根据选择的控制模式控制执行机构完成加注、卸车、调压及潜液泵和阀门的开闭。

PLC控制器还连接有声光报警器，当系统故障或监测单元采集的监测数据高于阈值时，声光报警器报警，同时在触摸屏上显示报警信息，本发明的具体报警方法如下：

1.系统检测到压力、液位、温度超过报警值，系统报警，操作员根据具体情况进行处理；

2.系统检测到变频器故障，系统报警并停机，加液机返回到待机状态；

3.系统检测到可燃气体浓度高于第一报警值，系统报警，操作员根据具体情况进行处理，可燃气体浓度高于第二报警值，系统断电急停；

4.系统检测到潜液泵打压不足、电流偏低，系统输出相应的故障报警信息并停机。

5.当出现紧急故障时，操作员可按下现场任一急停按钮，如控制柜急停按钮、泵撬就地仪表盘急停按钮、加液机急停按钮等，除控制系统外的所有现场设备断电停止运行，重新开机前，须先复位“急停”按钮，并手动在触摸屏、控制柜或上位机上进行故障复位。

实施例2

如图3所示，本发明还提供一种能源加注站智能控制方法，应用于一种能源加注站智能控制系统，也可独立实施，包括以下步骤；

S1.进入卸车模式，选择“储罐进液阀”打开储罐进液阀的上进液口，打开槽车阀门进行压力平衡，压力平衡后，关闭气化器出口阀并打开手动阀门进行槽车增压，当槽车压力大于储罐压力时按“确定”完成增压，具体可对槽车进行增压至槽车压力大于储罐压力0.2MPa，打开卸车入口阀，对潜液泵进行预冷，预冷完成后按下“起泵”按钮启动潜液泵进行卸车；

S2.进入调压模式，选择“增压”，潜液泵将储罐中的部分LNG输送到汽化器，气化后通过气相管路返回储罐，直至储罐压力达到设定工作压力；

当储罐压力小于调饱和结束压力的时候增压模式才有效，可设置调和结束压力为0.7MPa，在增压过程中，系统会显示正在增压状态，当储罐压力大于等于调饱和结束压力的时候，系统自动提醒储罐不需要增压，然后增压结束；开始增压时PLC自动打开汽化器进口阀、汽化器出口阀、储罐上进液阀及变频器，增结束结束后停泵及关闭相应的阀门。

S3.进入加注模式，选择“定频加注”或“恒压加注”，开启加液回路上的各手动阀门，完成潜液泵预冷，潜液泵处于自动模式下的待机状态，按下加液机上的加液按钮，，加液机自动开启加液机内部阀门，PLC系统检测到加液机输出的加液信号后，PLC自动开启加液回路各气动阀及启动变频器，进行加液；

定频加注模式是指变频器以预设的固定频率运行，恒压加液模式是指变频器根据预设的泵出口压力设定值，自动调整变频器的工作频率进行加液；

如果触摸屏上提示潜液泵需要预冷时，通过触摸屏点击“预冷潜液泵”按钮，进行潜液泵预冷操作，直到触摸屏上提示“泵预冷完成”，潜液泵预冷完成需要预冷时间达到设定时间，溢流口与泵出口温度差同时满足才能预冷完成，预冷完成且无任何报警才能启动变频器。

Claims (8)

1.一种能源加注站智能控制系统，包括至少一个加液机，其特征在于，还包括燃料管理系统、IC卡消费管理系统、身份验证单元、人机交互单元、通信单元、主控单元、PLC控制单元、监测单元及上位机；所述燃料管理系统及IC卡消费管理系统分别通过所述通信单元与所述主控单元连接，所述身份验证单元及PLC控制单元分别与所述主控单元连接，所述人机交互单元、监测单元及上位机分别与所述PLC控制单元连接；

所述燃料管理系统用于交易数据处理及价格管理；

所述IC卡消费管理系统用于交易结算处理；

所述身份验证单元用于用户身份识别；

所述主控单元用于向燃料管理单元及IC卡消费管理单元发送交易请求和接收支付信息，以及向PLC控制单元发送控制指令；

所述监测单元用于采集能源加注站的安全监测数据；

所述PLC控制单元用于控制加注、卸车、调压及潜液泵和阀门的开闭；

所述人分交互单元用于参数设置和控制模式选择；

所述上位机用于对所述PLC控制单元进行参数设置及现场监控。

2.根据权利要求1所述的一种能源加注站智能控制系统，其特征在于，所述PLC控制单元包括PLC控制器、变送器、浪涌保护器及隔离式安全栅，所述监测单元采集的现场数据依次经变送器、浪涌保护器及隔离式安全栅，进入PLC控制器的A/D采集模块，送入PLC控制器的CPU进行数据处理；

所述PLC控制器用于接收所述监测单元采集的现场数据和所述主控单元发送的控制信号，对现场执行机构进行控制；

所述变送器用于将所述监测单元采集的模拟量信号，转换为额定范围内的电流信号；

所述浪涌保护器用于防止雷达波通过通信线路损坏设备；

所述隔离式安全栅用于将输入电流或电压控制在安全范围内。

3.根据权利要求2所述的一种能源加注站智能控制系统，其特征在于，所述PLC控制器还连接有现场执行机构，所述现场执行机构包括变频器，所述变频器用于通过改变电机工作电源频率控制潜液泵。

4.根据权利要求2所述的一种能源加注站智能控制系统，其特征在于，所述监测单元包括压力传感器、温度传感器和可燃气体浓度传感器，所述压力传感器、温度传感器和可燃气体浓度传感器分别与所述变送器连接。

5.根据权利要求1所述的一种能源加注站智能控制系统，其特征在于，所述人机交互单元为触摸屏，所述触摸屏通过RS485接口与PLC控制单元连接，用于数据的读写、报警信息的显示、参数的设置及控制模式的选择。

6.根据权利要求1所述的一种能源加注站智能控制系统，其特征在于，所述身份验证单元可以为接触式读卡器或非接触式读卡器，所述身份验证单元通过RS485接口与所述主控单元通信连接。

7.根据权利要求1所述的一种能源加注站智能控制系统，其特征在于，所述主控单元可以为ARM核心的MCU，所述MCU通过RS485接口与所述通信单元通信连接。

8.根据权利要求1所述的一种能源加注站智能控制系统，其特征在于，所述通信单元为嵌入式网络集线器，所述嵌入式网络集线器通过RJ45接口与所述燃料管理系统及IC卡消费管理系统通信连接。