PLC控制器在天然氣管道運輸中的應用

楊宇星(國家管網集團北方管道有限責任公司沈陽油氣計量中心，遼寧 沈陽 110170)

0 引言

近些年以來，我國的經濟發展水平不斷提高，人們對于能源需求量在顯著增加，導致煤炭、石油等燃料資源消耗量加劇，總量也在不斷地縮減。因為我國的人口基數較大，為此一般每日平均需要消耗上百噸的燃料，有時甚至會消耗上千噸的燃料，繼而導致燃料資源變得愈發緊缺。當前，各類燃料在開采、運輸及深加工方面，都會消耗大量時間，在不同程度上都不能夠更好地滿足現代社會發展所需[1]。在這樣的情況下，天然氣燃料的出現，有效地解決了當前面臨的資源短缺問題。現階段，天然氣已經成為我國最主要的一種燃料資源，其開采與運輸，已經成為人們非常關注的一個問題。為了充分保障天然氣管道具有安全且穩定的運輸條件與環境，應該加大自動化管理力度，充分運用先進的技術手段及措施。PLC 技術是一種先進的科學技術，能夠在天然氣管道運輸當中，將監控的作用發揮出來，并完成程序控制與邏輯運算等諸多內容，以將運輸的安全性全面提高。

1 PLC控制器概述

PLC(可編程邏輯控制器)，它是擁有微處理機的一種數字化電子設備，用來進行自動控制的一種邏輯控制器，能夠把控制指令隨時地進行內存的加載儲存并執行。其由控制器內部的CPU發出相應的指令，包括資料的內存、輸入/輸出單元、數字模擬等諸多單元模塊組成，并在工業控制領域中，有著較為廣泛的應用。該控制器的系統程序通常是在出廠之前，便已經完成初始化的狀態，用戶可以按照自身的實際需求，自行編輯出相應的用戶程序，以對不同的自動化生產需求進行滿足[2]。 最初的PLC的功能，只是進行電路邏輯控制。

因此，便將其稱之為可編程邏輯控制器，之后隨著科學技術的不斷發展，這些在最初階段，有著簡單功能的計算機模塊，又延伸出諸多功能，包括邏輯控制、時序控制，以及多機通信等，其命名也開始改成可編程控制器，但因為其簡稱縮寫與個人電腦(personal computer)存在一定的沖突，加之長期以來的使用習慣，使得人們還是習慣性地應用其原來的稱呼，并在專業的術語當中，依然使用PLC的縮寫方式。PLC控制器如圖1所示。

2 PLC控制器在天然氣管道運輸中的應用優勢分析

PLC的優勢主要表現為三個方面：(1)完善的功能，較廣的適用范圍；(2)強大的應用便捷性，而且便于網絡維護；(3)良好的抗干擾性能，有著較低的故障風險。其優勢可以更好地滿足天然氣管道，在運輸管理工作方面的相關要求。其所產生的流量參數，與其在運輸中的質量及公司利益，有著密切的關系。在管道運輸管理開展的期間，所使用到的監控管理裝置，需要具有良好的流量監測方面的功能[3]。在運輸天然氣期間，這一裝置需要經過動態監測天然氣運輸管道內部的流量參數，以便于工作人員更好地使用數據，并對流量進行精準的查詢等。與此同時，可以對干擾源及時識別，以將異常的天然氣運輸情況的發生率降低。隨著天然氣管道網絡規模的不斷擴大，在其運輸的時間段內，也會面對許多不同類型的干擾性因素。管理工作的開展，要求所選擇使用的管理模式(管控裝置)，可以及時地識別各個管道區域所產生的干擾源，并對有關的風險問題進行預警，以確保天然氣能夠高質量地進行傳輸。

3 PLC控制器在天然氣管道運輸中的具體應用分析

3.1 系統總體設計

在天然氣輸送工程當中的站控系統，其總體設計通常有兩部分組成，包括城市門店及調壓站的站控系統。在該系統當中，還有工程師與操作員開展調控相關工作的工作站，包括通訊設備、PLC等相關設備設施。

該系統不但可以單獨地完成采集全部站點的數據與控制方面的工作，此外還可以把有關的信息、數據等內容，及時地傳輸至控制調度的中心，并可以向調度中心完成指令的下達，并正確地執行指令。在這一系統當中，中心調度室通常設立負責監控的工作站，以管理現場設備的日常工作狀況。即便調度室當中負責監控的計算機發生設備故障，PLC也不會受到相應的影響，仍然可以進行單獨的工作[4]。其中，視頻監控系統及紅外對射報警系統構成了安保系統。在城市門站工作區會裝置攝像機，即在工藝裝置區有2臺，安全區則需要裝置4臺。調壓站通常是裝置攝像機11臺，其中6臺是在工藝裝置區，5臺是在安全區。安全防護系統主要的應用方式為聯網監控，不但可以接收并對調度中心下達的指令進行反饋，還可以向調度中心實時地進行數據的傳輸工作，通過安全防護系統可以開展積極且有效的通信數據管理等方面的相關工作。

3.2 系統配置

PLC是該系統得以實現的關鍵，因此在對PLC進行選擇時，務必要選擇使用具有穩定功能的產品。某一燃氣公司在布置該系統時，其PLC應用的便是和利時公司推出的LK系列新型控制器產品，CPU應用LK系列當中在目前階段最為先進的LK210，其不但具有熱備/冗余方面的能力，與此同時還分別有2個以太網接口與總線接口，以及自由協議1個和Modbus通信協議之下的串行接口。應用該設備支持系統運行，經過PLC積極開展各類較為繁復的邏輯管理與過程控制，能夠有效保證控制效果。調壓站是燃氣運輸配送工程當中的重要控制點，在系統當中可以自我調節，并在管網當中保持穩定壓力的設施之一，而站控系統事實上就是進行自我控制與調節的系統。根據不同的服務對象進行分類，劃分出的調壓站也各不相同，有負責固定區域內，有針對某一生產企業或獨棟建筑物。在整體的系統當中，既是調壓站同時也是城市門站，有著一致的目的性，即為居民與工業型的使用者，提供穩定的燃氣方面的供應[5]。該系統可以對記錄下的數據進行處理，并通過報表或是圖表的方式進行呈現。此外，它們還可以將所獲得的監控資料，向調度中心及時傳遞。

除此之外，天然氣管道運輸如圖2所示。為確保天然氣管道運輸管理的整體質量，可根據下述模式，選配好PLC控制系統的兩類元件處理工作。第一，存儲容量。設定其需要參考管道運輸的管理控制流程，所具有的復雜程度、I/O點的具體數量及整體控制系統的規模等有關信息的實現。在一般情況下，大型的控制系統有著比較高的存儲容量方面的需求，而小型的則相對比較小。與運輸管理工作的質量而言，存儲容量需要可以滿足系統內的定時器及通訊接口的占用等相關要求；第二，配置交互設備。該控制系統所需的此類設備，對于具體的工作人員對控制系統進行干預的便利性而言，具有重要的意義[6]。綜合考慮實際監督管理的應用需求，可以根據以下的標準，配置PLC控制系統的交互設備：觸摸屏形式的交互模式，通過電纜線完成該系統與觸摸屏之間的信息傳遞。

圖2 天然氣管道運輸

3.3 系統功能分析

天然氣的站控系統的主要核心是PLC，通過PLC來更好地采集與計算站控系統當中的數據及流量，并實時地將數據信息傳送至站內的計算機上面，便于站內的工作人員進行實時監控。控制中心則是在網絡的作用下，采集全部的站點所有數據信息，實現實時管理全線生產，確保生產管理工作效率的全面提高。燃氣門站的自我控制系統所具有的功能，包括實時地采集生產現場的具體數據，遠程控制站內的電動閥，對清管系統的順序進行控制，對生產的趨勢及事件報警進行顯示，同時動態化的呈現出工藝流程的實時畫面，并對流量進行精確地計算。

與此同時，在自動化運輸當中，通訊功能非常關鍵，該功能的實現可以用來對指令及接收的信號進行傳輸，以更好地實現人機之間的交流；PLC經由必要的傳輸介質，可以使通訊功能得以實現，如：超五類線、雙絞線及同軸電纜等。PLC在具體應用當中的功能是監視網絡設備。換而言之，如果故障發生，便要及時地進行反饋。與此同時，對人工操作的命令進行傳達，并引發一系列的機械物理動作。在整個通訊功能當中最為關鍵的部分，便是串行接口與輸入輸出接口等。PLC或其他的數據源，通過雙絞線電纜在實際的工業現場環境當中，實現對等的通訊，并由其監視網絡的具體運行狀況，若是發生了故障，便會立即進行報警，即是說其通信網絡與IS0/IEEE有著相符的通信指標，并支持標準化的TCP/IP通信協議，而PLC的通信接口則是根據需求對串行進行配置，或是同時進行通信、DCS/PLC等各類接口。除此之外，為了能夠與搭載的數據采集、監視控制系統的各部位數據保證一致，輸出輸入的模擬量及開關量，需要使用擁有實時性的毫秒級的時間標簽，注意PLC站硬件的實際誤差需要低于1 s。在PLC編程的時候，還可以應用程序調度法，讓時鐘把程序協調一致之后，保證優先執行，以便于PLC能夠立即獲得從中控室下載的系統時鐘，在一定程度上，保證其在天然氣自動化管道控制當中的通訊需求。

3.4 控制作用分析

PLC通過聯系集線器的管理接口、采集數據及控制警報指示系統，以將自身的邏輯編程功能發揮出來，繼而實現全面控制自動化管道運輸的目的。因為PLC系統包含批量模塊，同時對于順序控制功能模塊及其他常用的模塊，發揮著重要的作用。因此，在編程語言上要與機械語言相似，方便中心調度管理系統的快速識別，特別是在遠程監控管理當中，要將管線系統設備命令及運行的控制做好，一旦輸送管道突發各種問題，能夠在第一時間內將運行切斷；相應地，在設置警報系統之下，自動信息指令和操作行為，有著密切的關系，能夠實現實時的監測及運行。除去常規的應用需求外，PLC在天然氣管道運輸當中，還發揮著保護與維護的重要功能。如在輸入/輸出的接口設置保險熔斷絲，以對系統的穩定性進行維護，當電壓在超出額定的范圍后，能夠立即將電流的通路切斷，預防模塊的意外受損。

4 結語

綜上所述，PLC在天然氣管道運輸當中有著重要的作用，其具有強大的功能、快速的處理速度、較小的數據轉換損失，以及高精度等諸多優點，而且在施工中也十分的簡單方便，有著比較多的過程輸入/輸出測控點，而這對于長輸管道的運行來說，有著非常重要的作用。PLC的應用不但能夠實現數據的采集與遠程的監控，通過與應用機械設計進行配合，還可以遠程地將指令發出，并執行切合及中斷等相關操作，對一些緊急的問題能夠在警報發出的同時便開始自動控制，進而更好地實現天然氣管道運輸的安全穩定運作。