蔣海瑞，劉立山

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，山東青島,266109）

0 引言

能源的使用與節(jié)約已經(jīng)成為人類共同關(guān)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(fā)達國家相比相差甚遠。然而能源的使用必定伴隨著風(fēng)險的存在，所以對CNG加氣站的運行數(shù)據(jù)的監(jiān)控和狀態(tài)的動態(tài)跟蹤顯得尤其重要。目前國外多利用PLC作為控制系統(tǒng)的核心來控制加氣設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)和有關(guān)設(shè)備的運行參數(shù)進行監(jiān)控并在系統(tǒng)發(fā)生故障時自動報警或停機。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

作為方案數(shù)據(jù)采集的上位機設(shè)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(shù)據(jù)的下位機設(shè)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?？扇細怏w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(shù)據(jù)和狀態(tài)是通過兩臺S7-200 226 PLC采集與控制，干燥器的運行數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)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(shè)備和PLC的通訊參數(shù)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(tǒng)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(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 通訊設(shè)計

Modbus通訊協(xié)議使用主-從技術(shù)，即僅一設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳輸（查詢），其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)反應(yīng)。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(shè)置通訊參數(shù)，具體內(nèi)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(shù)據(jù)采集

在S7-1200編程軟件中，首先新建一個用來存儲接收數(shù)據(jù)的DB數(shù)據(jù)塊。如圖3所示。然后使用MB_MASTER指令讀取從設(shè)備中的數(shù)據(jù)，如圖4所示。

圖3 數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)塊

圖4 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理時通過編寫模擬量FC塊，然后在FB功能塊中調(diào)用該FC塊，然后再在主程序中調(diào)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(lián)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(yù)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(guān)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(nèi)，四支布置在四臺加氣機周邊，一支設(shè)置在儲氣罐周邊。當氣體濃度超過20%LEL時現(xiàn)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(tǒng)的聯(lián)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(guān)閉空氣壓縮機，如圖8所示。另外當氣體處理間內(nèi)任何一支探測器發(fā)出報警時，打開軸流風(fēng)機，如圖9所示。

圖8 壓縮機聯(lián)動控制

圖9 軸流風(fēng)機聯(lián)動控制

3 總結(jié)

針對汽車尾氣排放與天然氣利用率低的現(xiàn)象，我國加大了天然氣資源在汽車應(yīng)用中的投入力度，基本上各個城市都設(shè)立了CNG加氣站。然而CNG加氣站安全事故也時有發(fā)生，而現(xiàn)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(chǎn)安全提供了保障。PLC的突出特點是現(xiàn)場抗干擾能力強，工作性能穩(wěn)定，產(chǎn)品使用周期長。所以使用PLC作為該類現(xiàn)場控制的核心將是必然選擇。

[1]陳杰，李求進．吳宗之，100起CNG加氣站事故的統(tǒng)計分析及對策研究 [J]．中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2009，5(1)：71-75．

[2]馮博，徐淑華，SIMATIC S7-1200 可編程控制器技術(shù)特點[J]．機械與電子，2010，23：120-122

[3]王家國，田芮.基于Modbus總線協(xié)議的工業(yè)鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]．化工自動化及儀表，2012，40：70-71.

[4]楊雷.CNG加氣站施工管理強化措施[j].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2013(12)：195-196