CN109812702B - 一种天然气管道自动分输实现装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然气管道自动分输实现装置，包括：工程师工作站、操作员工作站、第一工业以太网交换机、第二工业以太网交换机、工业控制可编程逻辑控制器、调节阀及调节阀配套工艺管线；工程师工作站、操作员工作站和工业控制可编程逻辑控制器均与第一工业以太网交换机相连接；工程师工作站、操作员工作站和工业控制可编程逻辑控制器均与第二工业以太网交换机相连接；调节阀配套工艺管线与调节阀相连接，且调节阀配套工艺管线上设有压力变送器；压力变送器和调节阀均与工业控制可编程逻辑控制器相连接。本发明的有益效果：可实现天然气管道自动分输的稳定运行，减少由于人工介入导致的误操作，减轻了人工的工作负荷，降低了人工成本的投入。

Description

一种天然气管道自动分输实现装置
技术领域
本发明涉及天然气管道技术领域，具体而言，涉及一种天然气管道自动分输实现装置。
背景技术
在天然气长输管道调控过程中，控制系统分输压力、流量控制是站场自控过程中的重要环节。站场控制系统在接收调控中心日指定量设定值后，下发站场基本过程控制系统，用于实现向下游用户的自动分输控制。为满足上述功能需求，站场控制系统需要具备分输自动启输/停输/切换、控制模型鲁棒性和输出超调量小等特点。
目前，现有的天然气管道自动分输系统主要有以下问题：(1)备用路切换时，需要手动赋初值，否则调节阀阀芯波动过大；(2)当工况不变，但是站场改造或者设备更换时，导致控制模型变化，原有PID参数不能满足功能要求；(3)下游民用用户用气量存在峰-谷输量变化，同一组比例、微分、积分值无法满足不同工况的控制要求。在实现自动分输过程，这些环节都需要现场运行人员的参与，即增加人员工作量，同时也引入了因为误操作带来的潜在风险，使得操作量及风险都非常大。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种天然气管道自动分输实现装置，能有效的杜绝输气管道在运行中存在的安全隐患，有效的提高天然气管道站场运行的安全性、可靠性、稳定性。
本发明提供了一种天然气管道自动分输实现装置，包括：工程师工作站、操作员工作站、第一工业以太网交换机、第二工业以太网交换机、工业控制可编程逻辑控制器、调节阀及调节阀配套工艺管线；
所述工程师工作站、所述操作员工作站和所述工业控制可编程逻辑控制器均与所述第一工业以太网交换机相连接；
所述工程师工作站、所述操作员工作站和所述工业控制可编程逻辑控制器均与所述第二工业以太网交换机相连接；
所述调节阀配套工艺管线与所述调节阀相连接，且所述调节阀配套工艺管线上设有压力变送器；
所述压力变送器和所述调节阀均与所述工业控制可编程逻辑控制器相连接。
作为本发明进一步的改进，所述程师工作站内设有支持802.xx系列标准协议的第一网卡和第二网卡。
作为本发明进一步的改进，所述第一网卡通过第一五类双绞线接入所述第一工业以太网交换机，所述第二网卡通过第二五类双绞线接入所述第二工业以太网交换机。
作为本发明进一步的改进，操作员工作站内设有支持802.xx系列标准协议的第三网卡和第四网卡。
作为本发明进一步的改进，所述第三网卡通过第三五类双绞线接入所述第一工业以太网交换机，所述第四网卡通过第四五类双绞线接入所述第二工业以太网交换机。
作为本发明进一步的改进，所述工业控制可编程逻辑控制器内设有第一通信卡件和第二通信卡件。
作为本发明进一步的改进，所述第一通信卡件通过第五五类双绞线接入所述第一工业以太网交换机，所述第二通信卡件通过第六五类双绞线接入所述第二工业以太网交换机。
作为本发明进一步的改进，所述调节阀通过第一普通电缆接入所述工业控制可编程逻辑控制器。
作为本发明进一步的改进，所述压力变送器通过第二普通电缆接入所述工业控制可编程逻辑控制器。
作为本发明进一步的改进，所述第一工业以太网交换机和所述第二工业以太网交换机均支持802.xx系列标准协议。
本发明的有益效果为：
可以实现天然气管道自动分输的稳定运行，减少由于人工介入导致的误操作，减轻了中心人工调整的工作负荷，降低了人工成本的投入。
提高了安全性、可靠性、稳定性，方便调度、运行、管理及维护。
不需要增加站场现场和调控中心SCADA系统的硬件设备，只需要在控制系统上位机中增加相应的控制模块即控制器即可。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种天然气管道自动分输实现装置的结构示意图。
图中，
1、工程师工作站；1.1、第一网卡；1.2、第二网卡；2、操作员工作站；2.1、第三网卡；2.2、第四网卡；3、第一工业以太网交换机；4、第二工业以太网交换机；5、工业控制可编程逻辑控制器；5.1、第一通信卡件；5.2、第二通信卡件；6、调节阀；7、第一五类双绞线；8、第二五类双绞线；9、第三五类双绞线；10、第四五类双绞线；11、第五五类双绞线；12、第六五类双绞线；13、第一普通电缆；14、调节阀配套工艺管线；15、压力变送器；16、第二普通电缆。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
如图1所示，本发明实施例的一种天然气管道自动分输实现装置，包括：工程师工作站1、操作员工作站2、第一工业以太网交换机3、第二工业以太网交换机4、工业控制可编程逻辑控制器5、调节阀6及调节阀配套工艺管线14。
工程师工作站1、操作员工作站2和工业控制可编程逻辑控制器5均与第一工业以太网交换机3相连接。工程师工作站1、操作员工作站2和工业控制可编程逻辑控制器5均与第二工业以太网交换机4相连接。调节阀配套工艺管线14与调节阀6相连接，且调节阀配套工艺管线14上设有压力变送器15。压力变送器15和调节阀6均与工业控制可编程逻辑控制器5相连接。
工程师工作站1至少设置一台，工程师工作站1应设有第一网卡1.1和第二网卡1.2，第一网卡1.1和第二网卡1.2均应支持802.xx系列等标准协议。第一网卡1.1通过第一五类双绞线7接入第一工业以太网交换机3，第二网卡1.2通过第二五类双绞线8接入第二工业以太网交换机4。
操作员工作站2至少设置一台，操作员工作站2应设有第三网卡2.1和第四网卡2.2，第三网卡2.1和第四网卡2.2均应支持802.xx系列标准协议。第三网卡2.1通过第三五类双绞线9接入第一工业以太网交换机3，第四网卡2.2通过第四五类双绞线10接入第二工业以太网交换机4。
工业以太网交换机至少设置两台，第一工业以太网交换机3和第二工业以太网交换机4均应具备三层路由转发功能，且支持802.1d，802.1p/q，802.1s，802.1w，802.1×，802.3ad，802.3u等标准协议。
工业控制可编程逻辑控制器至少设置一套，工业控制可编程逻辑控制器5的处理器应以32bit CPU为基础，处理器内存不小于8M。工业控制可编程逻辑控制器5应设有第一通信卡件5.1和第二通信卡件5.2，第一通信卡件5.1应支持第一工业以太网交换机3的通信要求，第二通信卡件5.2均应支持第二工业以太网交换机4的通信要求。第一通信卡件5.1通过第五五类双绞线11接入第一工业以太网交换机3，第二通信卡件5.2通过第六五类双绞线12接入第二工业以太网交换机4。
调节阀6及调节阀配套工艺管线14至少设置一套，调节阀6的执行机构内部控制电路电源宜为直流24V，调节阀6的执行机构接收来自工业控制可编程逻辑控制器5的4～20mADC的模拟控制信号，并能输出4～20mADC的阀门开度反馈信号。调节阀6通过第一普通电缆13接入工业控制可编程逻辑控制器5。
压力变送器15至少设置一台，压力变送器15支持Hart协议，能输出4～20Madc反馈信号。压力变送器15通过第二普通电缆16接入工业控制可编程逻辑控制器5。
其中，调节阀6的口径为2寸，压力等级为Class600；调节阀配套工艺管线14口径为2寸，压力等级为Class600；压力变送器15压力等级为Class600。
在实现输气站场管道自动分输实现时，工程师工作站1内对调节阀6及调节阀配套工艺管线14的数学模型已经建立好，工程师工作站1内的PID控制器对调节阀6及调节阀配套工艺管线14的数学模型进行训练，工程师工作站1内的预测控制器对滚动优化后的数学模型进行训练，工程师工作站1内训练好的PID控制器的比例参数、积分参数和微分参数通过第一工业以太网交换机3赋值到操作员工作站2内的PID控制器中，工程师工作站1内调整好的采样时间和参考轨迹响应时间通过第一工业以太网交换机3赋值到操作员工作站2内的预测控制器中，操作员工作站2内的预测控制器根据工况给出控制量并进行输出控制。操作员工作站2监视调节阀6的阀位信号，第一普通电缆13承载调节阀6反馈的阀位信号，工业控制可编程逻辑控制器5内的第一通信卡件5.1将阀位信号通过第五五类双绞线11、第一工业以太网交换机3和第三五类双绞线9反馈到操作员工作站2，工业控制可编程逻辑控制器5内的第二通信卡件5.2将阀位信号通过第六五类双绞线12、第二工业以太网交换机4和第四五类双绞线10反馈到操作员工作站2，形成闭环控制。操作员工作站2监视调节阀配套工艺管线14内介质压力，第二普通电缆16承载压力变送器15反馈的介质压力信号，工业控制可编程逻辑控制器5内的第一通信卡件5.1将介质压力信号通过第五五类双绞线11、第一工业以太网交换机3和第三五类双绞线9反馈到操作员工作站2，工业控制可编程逻辑控制器5内的第二通信卡件5.2将介质压力信号通过第六五类双绞线12、第二工业以太网交换机4和第四五类双绞线10反馈到操作员工作站2，形成闭环控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天然气管道自动分输实现装置，其特征在于，包括：工程师工作站(1)、操作员工作站(2)、第一工业以太网交换机(3)、第二工业以太网交换机(4)、工业控制可编程逻辑控制器(5)、调节阀(6)及调节阀配套工艺管线(14)；
所述工程师工作站(1)、所述操作员工作站(2)和所述工业控制可编程逻辑控制器(5)均与所述第一工业以太网交换机(3)相连接；
所述工程师工作站(1)、所述操作员工作站(2)和所述工业控制可编程逻辑控制器(5)均与所述第二工业以太网交换机(4)相连接；
所述调节阀配套工艺管线(14)与所述调节阀(6)相连接，且所述调节阀配套工艺管线(14)上设有压力变送器(15)；
所述压力变送器(15)和所述调节阀(6)均与所述工业控制可编程逻辑控制器(5)相连接；
所述工程师工作站(1)内置有PID控制器和预测控制器，所述操作员工作站(2)内置有PID控制器和预测控制器，
所述工程师工作站(1)内的PID控制器和预测控制器根据预先建立好的数学模型的训练结果分别对所述操作员工作站(2)内的PID控制器和预测控制器的控制量进行赋值，
所述操作员工作站(2)内的PID控制器和预测控制器根据控制量进行输出控制，所述操作员工作站(2)实时监视所述调节阀(6)的阀位信号和所述调节阀配套工艺管线(14)内的介质压力信号，同时，所述工业控制可编程逻辑控制器(5)将所述调节阀(6)的阀位信号和所述调节阀配套工艺管线(14)内的介质压力信号反馈至所述操作员工作站(2)，形成闭环控制。
2.根据权利要求1所述的天然气管道自动分输实现装置，其特征在于，所述工程师工作站(1)内设有支持802.xx系列标准协议的第一网卡(1.1)和第二网卡(1.2)。
3.根据权利要求2所述的天然气管道自动分输实现装置，其特征在于，所述第一网卡(1.1)通过第一五类双绞线(7)接入所述第一工业以太网交换机(3)，所述第二网卡(1.2)通过第二五类双绞线(8)接入所述第二工业以太网交换机(4)。
4.根据权利要求1所述的天然气管道自动分输实现装置，其特征在于，操作员工作站(2)内设有支持802.xx系列标准协议的第三网卡(2.1)和第四网卡(2.2)。
5.根据权利要求4所述的天然气管道自动分输实现装置，其特征在于，所述第三网卡(2.1)通过第三五类双绞线(9)接入所述第一工业以太网交换机(3)，所述第四网卡(2.2)通过第四五类双绞线(10)接入所述第二工业以太网交换机(4)。
6.根据权利要求1所述的天然气管道自动分输实现装置，其特征在于，所述工业控制可编程逻辑控制器(5)内设有第一通信卡件(5.1)和第二通信卡件(5.2)。
7.根据权利要求6所述的天然气管道自动分输实现装置，其特征在于，所述第一通信卡件(5.1)通过第五五类双绞线(11)接入所述第一工业以太网交换机(3)，所述第二通信卡件(5.2)通过第六五类双绞线(12)接入所述第二工业以太网交换机(4)。
8.根据权利要求1所述的天然气管道自动分输实现装置，其特征在于，所述调节阀(6)通过第一普通电缆(13)接入所述工业控制可编程逻辑控制器(5)。
9.根据权利要求1所述的天然气管道自动分输实现装置，其特征在于，所述压力变送器(15)通过第二普通电缆(16)接入所述工业控制可编程逻辑控制器(5)。
10.根据权利要求1所述的天然气管道自动分输实现装置，其特征在于，所述第一工业以太网交换机(3)和所述第二工业以太网交换机(4)均支持802.xx系列标准协议。
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