基于PLC的CNG加氣站數據處理與聯動控制

蔣海瑞，劉立山

（青島農業大學機電工程學院，山東青島,266109）

0 引言

能源的使用與節約已經成為人類共同關注的熱點話題。我國石油資源短缺，天然氣儲量豐富，但天然氣在石油能源中消費的比率僅占到2%，與發達國家相比相差甚遠。然而能源的使用必定伴隨著風險的存在，所以對CNG加氣站的運行數據的監控和狀態的動態跟蹤顯得尤其重要。目前國外多利用PLC作為控制系統的核心來控制加氣設備的正常運轉和有關設備的運行參數進行監控并在系統發生故障時自動報警或停機。

1 系統硬件設計

作為方案數據采集的上位機設備為S7-1200 1214C。SIMATIC S7-1200 可編程控制器是西門子公司推出的一款緊湊型的模塊化控制器，擴展靈活方便。作為提供數據的下位機設備有：兩只智能渦輪流量計、可燃氣體檢測報警儀、13支氣體濃度探測器、兩臺氣體壓縮機、一臺干燥器。可燃氣體檢測報警儀和流量計是自帶的通訊模塊，兩臺氣體壓縮機的運行數據和狀態是通過兩臺S7-200 226 PLC采集與控制，干燥器的運行數據和運行狀態是通過麥格米特MC100進行采集與控制的。由于作為下位機的智能設備和PLC的通訊參數不一致，作為上位機的S7-1200需要擴展兩個通訊模塊。為了掌握氣體壓力值，本系統使用了一支量程為0～0.6MPa的壓力變送器來測量進站氣體壓力，三支量程為0～40MPa的壓力變送器來分別測量高壓、中壓、低壓儲氣瓶的壓力。

2 系統軟件設計

2.1 通訊設計

Modbus通訊協議使用主-從技術，即僅一設備（主設備）能初始化傳輸（查詢），其它設備（從設備）根據主設備查詢提供的數據做出相應反應。本方案采用SIMATIC STEP 7 BASIC V11編程軟件，在啟動主程序OB100中使用MB_COMM_LOAD指令來對兩個通訊模塊進行初始化，并設置通訊參數，具體內容見圖1和圖2.

圖1 模塊1通訊初始化

圖2 模塊2通訊初始化

2.2 數據采集

在S7-1200編程軟件中，首先新建一個用來存儲接收數據的DB數據塊。如圖3所示。然后使用MB_MASTER指令讀取從設備中的數據，如圖4所示。

圖3 數據存儲數據塊

圖4 數據讀取指令

測量進站壓力和三個儲氣罐壓力的壓力變送器的數據處理時通過編寫模擬量FC塊，然后在FB功能塊中調用該FC塊，然后再在主程序中調用該FB功能塊。具體程序見圖5.

圖5 壓力處理程序

2.3 報警與聯動控制

當氣體進站壓力超過報警值0.38MPa或者儲氣瓶壓力超過預報警值24.5MPa時控制柜上的聲光報警器工作，如圖6所示。當儲氣瓶壓力超過25MPa時關壓縮機報警。方案中的13支氣體探測器的分布情況是8支布置在氣體處理間內，四支布置在四臺加氣機周邊，一支設置在儲氣罐周邊。當氣體濃度超過20%LEL時現場的聲光報警器報警，如圖7所示。

圖6 氣體壓力聲光報警

圖7 氣體濃度報警

本系統的聯動控制由兩部分組成，一部分是當儲氣瓶壓力超過25MPa或氣體處理間任何一支探測器的氣體濃度超標報警時將自動關閉空氣壓縮機，如圖8所示。另外當氣體處理間內任何一支探測器發出報警時，打開軸流風機，如圖9所示。

圖8 壓縮機聯動控制

圖9 軸流風機聯動控制

3 總結

針對汽車尾氣排放與天然氣利用率低的現象，我國加大了天然氣資源在汽車應用中的投入力度，基本上各個城市都設立了CNG加氣站。然而CNG加氣站安全事故也時有發生，而現場自動化的提高即達到了提高工作效率的目的，同時又為生產安全提供了保障。PLC的突出特點是現場抗干擾能力強，工作性能穩定，產品使用周期長。所以使用PLC作為該類現場控制的核心將是必然選擇。

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