天然氣管道運輸P LC控制器應用

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摘要：首先針對天然氣管道運輸管理的要求進行分析，接著細化探討Plc控制器在天然氣管道運輸中的應用優勢，最后從CPU選擇方面、電源模塊選擇方面、I/O模塊選擇方面、軟件配置方面等，闡述PLC控制器在天然氣管道運輸中的應用。

關鍵詞：PLC控制器；天然氣；管道運輸

引言

傳統的管道運輸管理模式已經不再適應實踐運輸管理要求，以自動控制、自主診斷為核心的PLC控制器更加契合當前天然氣管道運輸管理的要求。因此，探討PLC在實踐天然氣管道運輸管理工作中的應用具有一定的必要性。

1天然氣管道運輸管理工作的要求

1.1準確監測天然氣流量

天然氣運輸管道的流量參數，與其運輸質量、天然氣公司利益密切相關。在開展管道運輸管理期間，所采用監控管理裝置需具備良好的天然氣流量監測功能。在天然氣運輸期間，該裝置需通過對管道內流量參數的動態監測，滿足工作人員的流量查詢、數據使用等需求。

1.2及時識別干擾源，減少天然氣運輸異常的發生

隨著天然氣管網規模的擴大，天然氣運輸期間可能面臨的干擾因素也隨之增加。管理工作要求所選用管理模式（使用管控裝置）能夠及時識別各管道區域的干擾源，預警相關風險問題，進而保障天然氣的高質量傳輸。

2PLC控制器的應用優勢

一是功能完善，適用范圍廣；二是應用便捷性強，且易于維護[2]；三是抗干擾性能良好，故障風險較低。

3PLC控制器在天然氣管道運輸中的應用情況

3.1CPU選擇方面

CPU是決定PLC控制器性能的關鍵所在[2]。為促進PLC自動化控制作用的充分發揮，在實踐控制工作中，應加強對CPU的選擇。結合以往天然氣管道運輸管理經驗來看，隨著管理工作的不斷開展，PLC控制器CPU處理工作量逐漸增大。如CPU選擇不當，不僅PLC管理作用可能受到影響，而且天然氣管道運輸質量也可能面臨一定的干擾。經綜合分析后，擬選擇西門子412-3型號CPU作為PLC控制器的核心。該CPU的工作存儲器容量參數為768K，而模擬輸入/輸出通道的最大值參數則為4096。該元件的運行機制為：PLC控制系統無異常時，CPU中的兩個子單元均處于正常運行模式；當任一子單元出現故障時，CPU自動由兩個子單元聯合運行模式轉變為正常子單元獨立控制模式，整個控制切換過程無擾動。

3.2電源模塊選擇方面

與傳統天然氣管道運輸管理機制相比，基于PLC的自動化管理模式的主要區別在于：PLC可在保障所提供各項監控參數準確性的基礎上，長效維持天然氣的良好管道運輸質量。從PLC的構成來看，電源無疑是其核心配置之一[3]。由于PLC控制系統中各模塊、元件對運行電流、電壓參數的要求不同，因此，其所選擇電源模塊應具備良好的工作電壓、輸出電流轉換功能。為保障PLC控制系統的正常運行，所選電源應具備將DC網絡電壓或AC電壓轉化為24VDC工作電壓、5VDC工作電壓的性能。而在輸出電流方面，PLC控制系統中各元件的常見輸出電流為4A、10A以及20A。參照上述需求，可選定PS407型號電源作為天然氣自動化管道運輸管控系統的電源，其主要性能參數為：主頻率額定值及典型功耗分別為60/50Hz、105W；輸入電壓DC及輸出電壓分別為120V/230V、5V/24V。

3.3I/O模塊選擇方面

在PLC控制系統中，其對天然氣各項管道運輸參數（如天然氣流量、運輸速度等）的監控，主要與I/O模塊有關。I/O模塊的配置狀況，不僅會影響天然氣管道相關運輸信息的采集與傳輸，而且其抗干擾能力還會影響PLC控制系統的整體控制質量。根據天然氣管道運輸管理工作的復雜性特征，應分別為PLC控制系統的數字量輸入及輸出模塊、模擬量的輸入及輸出模塊，配置適宜的元件。例如，數字量輸出模塊的功能以驅動布設于天然氣管道運輸現場的負載裝置為主，根據其功能，可選擇包含16個不同數字量輸出點數的SM322作為PLC數字量的輸出模塊。

3.4通訊模塊選擇方面

在PLC控制系統中，通訊模式的作用為：實現控制系統內部的信息傳輸（包含來自天然氣管道的原始信息資料、轉化后的信號等）、發現干擾源或識別出異常時向工作人員報警。為確保控制系統的通訊功能，可按照如下模式，開展系統內部通訊模塊的配置：第一，點到點串行通訊方面。PLC運行期間，點到點串行通訊對通訊功能效率的要求較高，為實現高效通訊目的，可采用CP-341型號通信模塊完成PLC控制系統的配置。第二，主站與PROFIBUS-DP方面。對于控制系統在主站（S7-400）與PROFIBUS-DP間的通訊傳輸，則可考慮以CP443-5型號通訊元件，維持二者間的信息傳輸質量。

3.5其他元件配置方面

為保障天然氣管道運輸管理質量，可按照如下模式，做好PLC控制系統上述兩類元件的選擇與配置：第一，存儲容量。存儲容量的設置需參照天然氣管道運輸管控流程（是否復雜）、I/O點數量以及整個控制系統規模等相關信息來完成。通常情況下，大型PLC控制系統對存儲容量的要求較高，而小型PLC其所需存儲容量參數則相對較小。結合天然氣管道運輸管理工作質量來看，系統存儲容量需滿足系統內部定時器占用、通訊接口占用及模擬量傳輸占用等的要求。第二，交互設備配置。PLC控制系統的交互設備，是決定工作人員干預控制系統便捷性的關鍵所在。考慮到實踐監管應用要求，可按照如下標準配置自動化PLC控制系統的交互設備：交互模式選擇觸摸屏形式，以電纜線實現PLC系統與觸摸屏間的信息傳輸。

3.6應用效果分析方面

某天然氣公司于2019年9月下旬正式在天然氣管道運輸管理工作中引入PLC控制系統后，該公司的PLC控制系統應用效果顯示：第一，流量監控方面。該控制系統通過布設于各區域天然氣管道中傳感器所提供原始數據的收集與分析，為工作人員提供天然氣流量信息。系統運行6個月內，所提供流量參數的準確性達到99%以上。表明該控制系統的流量監控結果可靠性水平較高。第二，異常報警方面。天然氣管道運輸質量，是決定天然氣公司經營利潤及發展狀況的關鍵所在。到目前為止，該公司所采用的PLC監管模式共發出6次報警，每次系統報警后，工作人員均能夠在最短時間內定位故障原因，并通過對天然氣管道的全面檢修，保障天然氣傳輸的安全性。第三，抗干擾方面。PLC控制系統布設于該公司天然氣集氣站內，控制系統運行期間，主要面臨集氣站電源干擾、導線耦合干擾等因素的影響。而從PLC控制系統的實際應用狀況來看，運行期間，控制系統的通訊功能、控制功能均能夠正常發揮。上述結果提示：PLC控制系統具有良好的抗干擾能力。

4結語

加強PLC在天然氣管道運輸管理體系中的普及具有一定現實意義。此外，為進一步提升天然氣管道運輸質量，還可結合PLC控制器的應用成效，提出更多可行的優化建議，以借助完善的運輸管理體系保障天然氣的安全運輸。

參考文獻

[1]黎燕.PLC在天然氣輸送自控系統中的應用研究[J].化工管理，2020（12）：123-124.

[2]景治強.PLC在天然氣調壓站控制系統中的應用探究[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（18）：107-108.

[3]田志剛，姜濤.PLC應用于天然氣自動化管道運輸中的作用探討[J].化工設計通訊，2017，43（2）：144-145.

作者：趙一帆 單位：河南省中原石油天然氣集團有限公司